1相干光源
相干光学原理及应用
相干光学原理及应用相干光学原理基于光的干涉现象，研究光波之间的相位关系和干涉效应。
干涉是指两束或多束光波相遇时，根据它们的相位关系而产生互相增强或抵消的现象。
光的相干性是指两个或多个光波之间具有确定的相位关系，即它们在时间和空间上的相位差保持稳定。
相干性可以理解为两个光波之间存在一种协同的关系，类似于音乐中的和谐乐声。
相干光学的应用非常广泛。
以下是一些常见的应用领域：1. 干涉仪：干涉仪是相干光学最常见的应用之一。
根据干涉现象，干涉仪可用于测量光的波长、薄膜的厚度、形态学的变化等。
著名的干涉仪包括迈克尔逊干涉仪和杨氏双缝干涉仪。
2. 光学显微镜：相干光学在显微镜领域有重要应用。
相干光的使用可以提高显微镜的分辨率，使得微小的结构能够更清晰地观察到。
相干显微镜可用于生物学、材料科学等领域的研究。
3. 光学显示技术：相干光学可用于光学图片处理和显示技术。
通过相干光的干涉现象，可以实现全息投影、全息实时显示等技术。
全息技术在三维成像、虚拟现实等领域有广泛应用。
4. 激光干涉测量：相干光学在测量领域的应用十分重要。
激光干涉技术可以用于测量长度、位移、形变等。
例如，激光干涉测量可以用于检测工件表面的微小缺陷，实现高精度的尺寸测量。
5. 光学通信：相干光学在光纤通信领域有很多应用。
由于相干性可以保持光信号的稳定性，相干光可以在长距离传输中保持较低的信号衰减和失真。
相干光学使得光纤通信能够实现高速、高带宽的数据传输。
总之，相干光学原理的研究和应用在现代光学中起着重要作用。
通过深入理解和应用相干光学原理，我们可以进一步拓展光学技术的领域，并推动光学应用的发展。
论述光的空间相干性和时间相干性
1 概述 2 空间相干性 3 时间相干性 4 总结
概述
光的干涉：干涉现象是波动独有的特征，光也是波， 就必然会观察到光的干涉现象。两列或几列光波在空间相 遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始 终削弱，形成稳定的强弱分布的现象。
光的相干性：两束光在某一点相遇产生干涉的条件是： 频率相同、振动方向相同、位相差恒定。简单地可以分为 相干光和非相干光。
时间相干性
下面介绍光的相干时间的两个度量：相干长度和相干
时间。
相干长度：
Lc
ct
c
2
相干时间： c
Lc c
c
c
1
或
c
2 c
2 c
由以上两式可以得出相干性反比公式： 1
时间相干性
由时间相干性的反比公式可以得出：当Δν越小 （即光源单色性越好）时，则相干时间越大，继而相 干长度越大。
空间相干性
杨氏双缝干涉实验装置
x
z y
空间相干性
双缝间距为d，两个屏间距为r，光波的波长为 λ，光源在x方向上的线度为Δx。有下式满足时， 可以出现干涉现象：d<rλ/ Δx。
如果光源在y方向上的线度为Δy，则光源的发 光面积为ΔA= Δx×Δy。在光场中与光源相距r处 的空间有一块垂直于光传播方向的面积
综上可知，发光持续时间τ，可以作为能否产生 干涉现象的一个界定量，称之为相干时间。
相应地，波列长度LC(即两列相干波到达观察点的 最大光程差)，称为相干长度。
τ或LC越大，时间相干性越好，反之就越差。
结语
通过以上关于光的空间相干性和时间性的一些介绍，我们现 在简单地进行一下归纳总结，分别从以下几个方面讨论一下光的 空间相干性和时间相干性的区别。
14-1相干光_14-2杨氏双缝干涉实验
第十四章 波动光学
24
红光入射的杨氏双缝干涉照片
白光入射的杨氏双缝干涉照片
您能判断0级条纹在哪吗？
第十四章 波动光学
14 – 2 杨氏双缝干涉实验
光程 劳埃德镜
25
二
光程（optical path）和光程差
干涉现象决定于两束相干光的位相差 真空中的相差：
r2 r1 2 π
真空中 : c
Qiqihar University
大学物理
48 学时
教材：物理学教程（第二版）下册
主讲：迟卓君
2
第十四章 波动光学 （wave optics ）
主讲：迟卓君
第十四章 波动光学
3
பைடு நூலகம்
一、光学的任务： 光学是研究光的产生和传播，以及光与 物质相互作用规律的学科。
二、按光学的发展过程，可划分为： 几何光学时期 波动光学时期 量子光学时期 现代光学时期 三、光的本性： 光是电磁波。光具有波粒二象性。
几何路程差 （波程差）
介质中？
u 1 c n
介质的 折射率
介质中: n
u
n
n
光在介质中传播几何路程为r，相应的位相变化为
2
第十四章 波动光学
r
n
2
nr
折算到真空中：nr
14 – 2 杨氏双缝干涉实验
光程 劳埃德镜
26
1) 光程: 介质折射率与光的几何路程之积 =
光程 劳埃德镜
18
s
s1
d o
r1
B
p
r2
D
x
o
s2
光源的相干性一
二、空间相干性
3 综合空间相干性 为了综合描述纵向空间相干性和横向空间相干性，将相
干长度和相干面积的乘积定义为一个新的物理量—相干
体积。
V =LA
c c
c
3 c c 2 c ( ) ( )2 2 ( ) 2
c
物理意义：如果要求传播方向上 角之内并具有频带宽
Δθ
二、空间相干性
2 横向空间相干性 在杨氏双缝干涉实验中，宽度为Δx 的光源（A）照 射两对称小孔 S1 、 S2 后，光波场具有明显相干
性的条件为：
x
该式称为空间相干性反比公式，即光源的线度与相
干孔径角的乘积为常数。
二、空间相干性
2 横向空间相干性 得出
2 Ac (x) ( )
根据相干时间tc的定义：在光传播方向上，两个光 波场之间能够相遇的最大时间间隔也就是每列光波 经过P点的持续时间。
P t
一、时间相干性
P ∆t t
P
t ∆t
P
t
∆t
∆t>t，两列光波在传播方向上没有交叠区域； ∆t=t，两列光波在传播方向上首尾相连；
∆t<t，两列光波在传播方向上有交叠区域；
相干时间tc=每列光波经过P点的持续时间
1 纵向空间相干性 根据光谱学中光源单色性参数R的定义：
R
0
1 tc 0
0
得到
R
0
Lc
该式进一步说明了相干时间 t c 和相干长度 Lc 是反映光源单色性物理量。
二、空间相干性
2 横向空间相干性 定义：在与光传播方向垂直的平面上，任意两个 不同点 S1 、 S2 处光波可具有相干性的最大面积， 常用相干面积Ac来进行描述。
第十一章-1相干光-2杨氏双缝干涉-劳埃德镜-教案
§11－1 相干光件及获得方法2. 能分析杨氏双缝干涉条件、条纹分布规律和位置；理解劳埃德镜光干涉规律三、教学过程:引言：什么是光的干涉现象？与机械波类似，光的干涉现象表现为在两束光的相遇区域形成稳定的、有强有弱的光强分布。
即在某些地方光振动始终加强（明条纹），在某些地方光振动始终减弱（暗条纹），从而出现明暗相间的干涉条纹图样。
光的干涉现象是波动过程的特征之一。
光的干涉：两束光的相遇区域形成稳定的、有强有弱的光强分布。
实际是满足一定条件的两列相干光波相遇叠加，在叠加区域某些点的光振动始终加强，某些点的光振动始终减弱，即在干涉区域内振动强度有稳定的空间分布。
干涉条纹：所形成的均匀分布的图样。
§11－1相干光一、相干光：两束满足相干条件的光称为相干光1、相干条件（Coherent Condition）：这两束光在相遇区域：①振动方向相同；②振动频率相同；③相相位同或相位差保持恒定那么在两束光相遇的区域内就会产生干涉现象。
2、相干光的获得（1）普通光源的发光机理当原子中大量的原子（分子）受外来激励而处于激发状态。
处于激发状态的原子是不稳定的，它要自发地向低能级状态跃迁，并同时向外辐射电磁波。
当这种电磁波的波长在可见光范围内时，即为可见光。
原子的每一次跃迁时间很短（10－8 s ）。
由于一次发光的持续时间极短，所以每个原子每一次发光只能发出频率一定、振动方向一定而长度有限的一个波列。
由于原子发光的无规则性，同一个原子先后发出的波列之间，以及不同原子发出的波列之间都没有固定的相位关系，且振动方向与频率也不尽相同，这就决定了两个独立的普通光源发出的光不是相干光，因而不能产生干涉现象。
（2）获得相干光源的两种方法a.原理：将同一光源上同一点或极小区域（可视为点光源）发出的一束光分成两束，让它们经过不同的传播路径后，再使它们相遇，这时，这一对由同一光束分出来的光的频率和振动方向相同，在相遇点的相位差也是恒定的，因而是相干光。
相干光的获得方法
相干光的获得方法
相干光是一种特殊的光，它具有明显的干涉和衍射效应，广泛应用于干涉仪、激光技术、光学成像等领域。
那么，如何获得相干光呢？下面将从几个方面进行介绍。
首先，激光是获得相干光的一种重要方法。
激光是一种具有高度相干性的光，它的波长非常短，光束非常集中。
通过激光器可以产生高度相干的激光光源，这种光源在干涉仪、激光干涉测量、激光全息等领域有着重要的应用。
其次，通过自然光的干涉也可以获得相干光。
在实验室中，可以利用分束镜、反射镜等光学元件将自然光分成两束，然后使它们重新汇聚，产生干涉现象，从而获得相干光。
这种方法虽然相对复杂，但在一些实验研究中仍然具有一定的应用前景。
另外，通过光纤也可以获得相干光。
光纤具有良好的光学性能，可以传输光信号并保持其相干性。
利用光纤可以将激光光源的相干性传输到远处，也可以通过光纤干涉仪等装置获得相干光，因此在通信、光学传感等领域有着广泛的应用。
此外，通过激光器和非线性光学晶体的结合，也可以获得相干光。
在非线性光学晶体中，激光光束可以发生频率倍增、和频、差频等非线性光学效应，从而产生新的频率成分，这些新的频率成分通常具有很高的相干性。
这种方法在激光技术、光学成像等领域有着重要的应用。
总之，获得相干光的方法有多种多样，可以通过激光、自然光的干涉、光纤传输、非线性光学等途径实现。
这些方法在不同的领域具有重要的应用，为光学技术的发展提供了有力支持。
希望通过本文的介绍，能够对相干光的获得方法有一个更加清晰的认识。
光源的分类
光源的分类光源是一个物理学名词，宇宙间的物体有的是发光的，有的是不发光的，我们把自己能发光且正在发光的物体叫做光源。
具体可分为照明光源、辐射光源、稳定光源、背光源等等。
光源的分类有哪些1、照明光源。
照明光源是以照明为目的，辐射出主要为人眼视觉的可见光谱（波长380～780nm）的电光源。
其规格品种繁多，功率从0.1W到20kW，产量占电光源总产量的95%以上。
2、辐射光源。
辐射光源是不以照明为目的，能辐射大量紫外光谱（1～380nm）和红外光谱（780～1×106nm）的电光源，它包括紫外光源、红外光源和非照明用的可见光源。
以上两大类光源均为非相干光源。
此外还有一类相干光源，它通过激发态粒子在受激辐射作用下发光，输出光波波长从短波紫外直到远红外，这种光源称为激光光源。
3、稳定光源。
光纤通信技术中，进行光纤衰耗的测量，连接损耗的测量、活动连接器损耗以及光电器件或光收端机灵敏度的测量，光源是不可缺少的信号源。
4、背光源。
光源模组中最核心技术为导光板的光学技术，主要有印刷形和射出成型形二种导光板形式，其它如射出成型加印刷，激光打点，腐蚀等占很少比例，不适合批量生产原则。
印刷形因为其成本低在过去较长时间内成为主流技术，但合格品不高一直是其主要缺点，而LCD产品要求更精密的导光板结构，射出成型形导光板必然成为背光源发展主流，但相应的模具技术难题只有少数大厂能够克服。
伟志公司导光板的光学技术主要采用印刷形和射出成型形二种导光板形式。
光源常见设备1、白炽灯白炽灯又称钨丝灯、灯泡，是将灯丝通电加热到白炽状态，利用热辐射发出可见光的电光源。
由电流通过灯丝加热至白炽状态产生光的一种光源。
是最早出现的电灯，用耐热玻璃制成泡壳，内装钨丝。
泡壳内抽去空气，以免灯丝氧化，或再充入惰性气体（如氩），减少钨丝受热蒸发。
因灯丝所耗电能仅一小部分转为可见光，故发光效率低，一般为10～15流/瓦。
但制造方便，成本低。
2、低压钠灯是利用低压钠蒸气放电发光的电光源，在它的玻璃外壳内涂以红外线反射膜，是光衰较小和发光效率最高的电光源。
相干应用场景-概述说明以及解释
相干应用场景-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在这篇长文中，我们将探讨相干应用场景。
相干是一个广泛应用于多个领域的概念，它代表着两个或多个波或粒子之间存在相位关系或振动状态的一致性。
通过充分理解相干的特性和应用，我们可以更好地应用它来解决现实世界中的问题。
本文将重点介绍两个相干应用场景。
首先，我们将探讨相干应用于光学领域的一些重要应用。
光学干涉和干涉仪是光学领域中最常见的相干应用之一。
通过分析和利用光的相干特性，我们可以测量光的波长、检测细微的光强变化，并实现光的调制和分析。
此外，相干光源广泛应用于全息术、相位成像和激光干涉等领域。
这些应用使得相干成为光学研究和技术发展中不可或缺的一部分。
另一个重要的相干应用场景是在通信领域。
相干通信是一种利用相干性来传输信息的通信方式。
与传统的非相干通信相比，相干通信能够在信道容量和传输距离上获得更高的性能。
相干通信除了在无线通信中有广泛应用外，还被广泛应用于光纤通信系统。
光纤通信中的相干传输技术使得高速、长距离的数据传输成为可能，并极大地推动了现代通信技术的发展。
通过研究和理解相干应用场景，我们可以更好地应用相干技术解决实际问题。
相干在光学和通信领域的应用仅仅是众多应用中的一部分，随着技术的进步和研究的深入，相信相干将在更多的领域展现出其重要性和价值。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式写：文章结构:本文将从以下几个方面对相干应用场景进行探讨。
首先，在引言中，我们将对概述、文章结构和目的进行介绍，帮助读者了解全文的主要内容和意图。
接下来，我们将详细讨论两个具体的应用场景。
应用场景一会介绍...（在这里简要概括应用场景一的主要内容）。
然后，应用场景二将探讨...（在这里简要概括应用场景二的主要内容）。
最后，在结论部分，我们将对前文进行总结，并展望相干应用场景的未来发展。
通过以上的结构，读者可以清晰地了解到本文的内容安排和逻辑关系。
接下来，我们将对每个部分进行详细的阐述和论述，以帮助读者深入理解相干应用场景的重要性和应用前景。
相干光通信 原理
相干光通信原理
相干光通信是一种利用相干光波进行信息传输的通信方式。
它基于光的干涉和调制原理，将信息编码到光波的幅度、频率或相位等特性上，然后通过光纤传输这些编码后的光信号。
下面详细说明相干光通信的原理：
1. 光的干涉原理：干涉是指两个或多个光波相遇时产生的叠加现象。
在相干光通信中，通常使用激光器产生的相干光源。
这些相干光波具有相同的频率、相位和极化状态，可以通过叠加形成干涉图案。
2. 光的调制原理：光的调制是指改变光波的某些特性以携带信息。
在相干光通信中，常用的调制方式包括振幅调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）。
通过改变光波的振幅、频率或相位，可以将数字或模拟信号转换为光信号。
3. 光纤传输：相干光通信主要利用光纤进行信号传输。
光纤是一种具有高折射率的细长玻璃或塑料材料，可以作为光信号的传输介质。
光信号在光纤中通过全内反射的方式进行传输，几乎不会发生衰减和失真。
4. 接收与解调：在接收端，光信号经过光探测器转换为电信号。
常用的光探测器包括光电二极管（PD）和光电倍增管（PMT）。
然后，电信号经过解调电路还原为原始的信息信号。
总体而言，相干光通信利用激光器产生的相干光源，并通过调制技术将信息编码到光信号中。
这些编码后的光信号通过光纤进行传输，最终在接收端被转换为电信号并解调还原为原始的信息信号。
相比于非相干光通信，相干光通信具有更高的传输容量、更低的信号损耗和更好的抗干扰能力，因此在现代通信系统中得到广泛应用。
1。
电磁波的相干性和光的相干性
电磁波的相干性和光的相干性电磁波的相干性和光的相干性是光学领域中重要的概念之一。
相干性描述了波动的一致性和协调性，对于解释和理解波动现象具有重要意义。
本文将介绍电磁波的相干性和光的相干性的基本概念、原理和应用。
一、电磁波的相干性1. 相干性的定义在介绍电磁波的相干性之前，首先需要了解相干性的定义。
相干性指的是两个或多个波动系统之间存在一定的关联性，波动系统的预测结果在一定程度上是可预测和一致的。
具体来说，对于电磁波来说，相干性表示波动的振幅和相位之间存在一定的关系。
2. 相干性的类型根据电磁波的特性和相干性的表现形式，可以将电磁波的相干性分为时域相干性和频域相干性两种类型。
（1）时域相干性：时域相干性指的是在时间上波动的振幅和相位保持一定的关系。
在时域上观察，两个或多个波动系统的波形在一段时间内保持一致，能够形成稳定的干涉图案。
（2）频域相干性：频域相干性是指波动信号频谱的光谱成分之间保持一定的关联性。
在频域上观察，两个或多个波动系统之间的频率成分是一致的。
3. 相干性的实现要实现电磁波的相干性，需要满足以下条件：（1）相干光源：相干光源是实现相干性的基础。
常用的相干光源有激光器等，激光由于具有高度相干性，被广泛应用于干涉、衍射等实验和技术领域。
（2）波动链路的稳定性：相干性要求波动链路的稳定性，包括光路稳定性和光源稳定性。
在实际应用中，为了保证相干性的稳定，通常采用光学干涉仪等设备进行波动链路的精确调节。
4. 相干性的应用相干性广泛应用于光学领域中的干涉、衍射、全息术等实验和技术中。
通过相干性的干涉效应，可以实现光的编码解码、三维成像、光学存储等应用。
二、光的相干性1. 光的相干性的定义光的相干性指的是光波的振幅和相位之间的关系。
相干性是光学中重要的概念，描述了光波的稳定性和协调性。
2. 光的相干性的实现与电磁波相干性类似，实现光的相干性需要满足以下条件：（1）相干光源：相干光源是实现光相干性的基础。
第1节光源、光的单色性和相干性
合光强 I I1 I 2
非相干迭加
同振向、同频率、位相差恒定的两列光波的迭加：
合光强 I I1 I 2 2 I1I 2 cos
2
1
2
(r2
r1 )
r2 r1 ：光程差
2k ， k 0,1,2， I I1 I 2 2 I1I 2 ，干涉加强
(2k 1) ， k 0,1,2， I I1 I 2 2 I1I 2 ，干涉相消
K
r2
L
r2
r1
2
（2k
k 1）
2
k
0,1,2明纹 k 0,1,2暗纹
S
例：用 0.5893m 的钠光灯做双缝干涉实验
屏与双缝的距离 D 500mm 求：（1） d 1.2mm 和 d 10mm 时，相邻两明纹间距
（2）若相邻两明纹的最小分辨距离为 0.065mm ， d 最大是多大？
只有把同一个波列分割为两个波列让这两个波列在空间相遇
才能获得相干光
分割波列的方法（1）分波面法（2）分振幅法
杨氏双缝干涉是分波面法
2
二、 杨氏双缝干涉 S1 S2 处1 2 相干光 相干光源
P
S1 S
S2
2
1
2
(r2
r1 )
=
2
，
r1
xP
2 2k
S1
r2
N1
d 2
r2 r1 k ， k 0,1,2，明纹 d
三、 光的单色性
包含多种频率的光：复色光
具有单一频率的光：单色光，准单色光， 或 ：谱线宽度
m
2
，
，m
，严格单色光
0 ， m
获得单色光的方法：
激光有何特性(相干光、平行度好、亮度高)
激光有何特性（相干光、平行度好、亮度高）激光是一种特殊的光源，具有以下显著特性：
1. 相干性：激光是相干光源，其光波具有高度的空间和时间相干性。
这意味着激光中的光波具有固定的相位关系，使得激光的波前几乎是平行的。
这种相干性使得激光能够产生干涉和衍射现象，以及用于许多干涉和相位敏感应用，如激光干涉测量和激光干涉断层成像。
2. 平行度：激光的波前是高度平行的，这意味着激光束可以被聚焦成非常小的点，具有很高的光束质量。
这种平行度使得激光在很远的距离内保持高度聚焦，是激光在通信、测距和激光加工等领域得以广泛应用的重要特性之一。
3. 亮度：激光的光束具有非常高的亮度，即单位面积上的光功率非常大。
这是因为激光是由相干光波组成的，能量集中在光束中心，而且激光光束通常是高度聚焦的。
高亮度使得激光在医疗、材料加工、激光显示等领域有广泛的应用，例如在激光手术中的切割和治疗，以及在激光打印中的高分辨率成像。
这些特性使得激光在科学研究、工业应用和医疗技术等领域有着广泛的应用和重要的地位。
1/ 1。
《物理学》第六版-马文蔚ppt 第11章 光学 11-1相干光
激
En
发
态
E h
基态 原子能级及发光跃迁
第十一章 光学
2
物理学 第六版
1 2
11-1 相干光
P
普通光源发光特点： 原子发光是断续 的，每次发光形成一个短短的波列, 各原 子各次发光相互独立，各波列互不相干.
第十一章 光学
3
物理学 第六版
2 相干光的产生
振幅分割法
11-1 相干光
波阵面分割法
s1
物理学
11-1 相干光
第六版
一 光是一种电磁波
平面电磁波方程
E
E0
cos
(t
r u
)
H
H0
cos (t
r) u
光矢量 E 矢量能引起人眼视觉和底
片感光，叫做光矢量.
真空中的光速 c 1
0 0
第十一章 光学
1
物理学 第六版
可见光的范围
二 相干光
1 普通光源的~ 760 nm : 7.51014 ~ 4.31014 Hz
光源 *
s2
第十一章 光学
4
物理学 第六版
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本章目录
11-0 教学基本要求 11-1 相干光
11-2 杨氏双缝干涉 劳埃德镜
11-3 薄膜干涉
11-4 劈尖 牛顿环 迈克耳孙干涉仪
11-5 光的衍射
第十一章 光学
5
光源的分类
光源的分类
1、照明光源
照明光源是以照明为目的，辐射出主要为人眼视觉的可见光谱（波长380～780nm）的电光源。
其规格品种繁多，功率从0.1W到20千瓦，产量占电光源总产量的95%以上。
照明光源品种很多，按发光形式分为热辐射光源、气体放电光源和电致发光光源3类。
①热辐射光源。
电流流经导电物体，使之在高温下辐射光能的光源。
包括白炽灯和卤钨灯两种。
②气体放电光源。
电流流经气体或金属蒸气，使之产生气体放电而发光的光源。
气体放电有弧光放电和辉光放电两种，放电电压有低气压、高气压和超高气压3种。
弧光放电光源包括：荧光灯、低压钠灯等低气压气体放电灯，高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等高强度气体放电灯，超高压汞灯等超高压气体放电灯，以及碳弧灯、氙灯、某些光谱光源等放电气压跨度较大的气体放电灯。
辉光放电光源包括利用负辉区辉光放电的辉光指示光源和利用正柱区辉光放电的霓虹灯，二者均为低气压放电灯；此外还包括某些光谱光源。
§14-1光源_光的相干性
独立 (同一原子先后发的光)
普通光源的发光特点：原子发光是断续的，每次发 光形成一长度有限的波列, 各原子各次发光相互独 立，各波列互不相干.
太原理工大学物理系
2.激光光源：受激辐射
E2
= (E2-E1)/h
E1
(频率、相位、振动方向) 完全一样
激光光源发光(受激辐射)
太原理工大学物理系
二、普通光源获得相干光的途径
相干光只能从一个原子一次发光中获得。 波阵面分割法
振幅分割法
s1
光源*
s2
太原理工大学物理系
三、光的单色性
如果光源发出的光波具有恒定单一频率
的简谐波，它的波列无限伸展，这是理想的单
色光。
、
实际光源发出的光，在某个中心频率(波长) 附近有一定频率(波长)范围的光。
光学篇
干涉现象
衍射现象
偏振现象
光是一种电磁波，光矢量用 E矢量表示光矢量, 它
在引起人眼视觉和底片感光上起主要作用 .
真空中的光速
c 1
00
: 400 ~ 760nm
可见光的范围
: 7.51014 ~ 4.31014 Hz
太原理工大学物理系
光的干涉部分主要讨论杨氏双缝干涉和薄膜 干涉。
蝉翅在阳光下
白光下的肥皂膜
太原理工大学物理系
§14-1 光源 光的相干性
一、光源 光源的最基本发光单元是分子、原子。
激
En 发光时间 ～10-8秒
发
态
光波列
跃迁 基态
自发辐射
原子能级及发光跃迁
波列长L = c
E h
太原理工大学物理系
1.普通光源：属于自发辐射
同相干光源的干涉
干涉现象的条件
相干光源：同频率、同方 向、同相位的光源
干涉区域：光程差恒定的 区域
干涉结果：明暗相间的条 纹
干涉现象的意义：验证光 的波动性，测量光波长等
干涉现象的应用
光学干涉测量： 利用干涉现象 测量光学元件 的表面形貌、 光学参数等
干涉显微镜： 利用干涉现象 提高显微镜的 分辨率和观察 效果
同相干光源干涉在 干涉成像技术中的
应用
干涉成像技术的优 缺点及未来发展方
向
干涉雷达技术
简介：干涉雷达技术是一种利用同相 干光源干涉现象的雷达技术，通过测 量干涉条纹的变化来获取目标的位置
和速度信息。
工作原理：干涉雷达技术利用 同相干光源发出的光波干涉现 象，通过测量干涉条纹的变化 来获取目标反射回来的光波相 位差，从而计算出目标的位置
优点：干涉光谱技 术具有高分辨率、 高灵敏度、高精度 等优点，能够实现 快速、准确地分析
物质成分。
未来发展：随着科 技的不断发展，干 涉光谱技术也在不 断创新和完善，未 来有望在更多领域 得到应用，为人类 的生产和生活带来
更多便利。
干涉成像技术
干涉成像技术原理
干涉成像技术在光 学仪器、精密测量
等领域的应用
干涉现象的原理
同相干光源的干涉现象是指两个或多个 相干光波在空间相遇时，它们的光程差 会引起光强的变化，形成明暗相间的干 涉条纹。
在干涉过程中，光波的振幅和相位都会发 生变化，导致光强的分布不均匀，形成干 涉图样。
干涉现象的产生需要满足相干条件，即光 源的频率相同、相位差恒定或相差恒定。
同相干光源的干涉现象在光学、物理学等 领域有广泛的应用，如光学干涉仪、干涉 测量技术等。
03
同相干光源干涉的应用
相干光所具备的条件
相干光所具备的条件
1.光源要具有相干性：即光源发出的光波要具有相同的频率、波长和相位，这样才能形成相干光束。
2. 光束要保持相干：在光束传输过程中，要尽量避免散射、吸收、干扰等因素对光束的影响，以保持光束的相干性。
3. 光路要稳定：光路的稳定性对于保持光束相干性至关重要，必须确保光路中的光学元件位置和角度不变，以保证光束传输的稳定性。
4. 光学元件要优良：光学元件的质量对于保持光束相干性也非常重要，需要选择高质量的光学元件，并保持其表面的平整度和光洁度。
以上条件都是相干光所必须具备的，只有满足这些条件，才能获得高质量的相干光束，以进行各种应用。
- 1 -。
1相干光源
§1.相干光源 / 二、原子发光机制
光子
注意 1.原子发光的时间很短，只有10-8秒。 2.各原子发光是随机的，无固定相位差。 两个频率相同的钠光灯不能产生干涉 现象，即使是同一个单色光源的两部分发 出的光，也不能产生干涉。 无干涉现象
§1.相干光源 / 二、原子发光机制
1. 普通光源：自发辐射
振幅分割法
可发生干涉??不能发生干涉普通光源的相干长度较小只有几毫米到十几个厘米而激光的相干长度从十几米到几十公里且激光的相干性很好
第一节
相干光源
一、产生相干光的条件
两束光
1.频率相同；
2.振动方向一致； 3.有恒定的相位差； 4.光程差不太大； 5.光强差不太大。
§1.相干光源 / 一、产生相干光的条件
二、原子发光机制 当原子吸收外界能量后，由低能级跃 迁到高能级，但在高能级不稳定，又会从 高能级跳回低能级。 能级跃迁辐射
§1.相干光源 / 三、相干长度
四、光程与光程差
1.光程 L 在真空中光的波长为 ，光速为 C， 进入折射率为 n 的媒质中后，波长n , 光 速为 v ,由折射定律可知：
sin i C n sin r v n
在媒质中光走的波程为 r，则传播了
§1.相干光源 / 四、光程与光程差
2
则相位差为： 2
§1.相干光源 / 四、光程与光程差
五 、干涉加强减弱条件 两束单色光相干时，光程差满足：
k
( k 0,1,2)
加强
(2k 1)
2
( k 0,1,2)
减弱
当光程差满足波长的整数倍时，两束 光干涉加强；当光程差满足半波长的奇数 倍时，两束光干涉减弱。
光的相干度
光的相干性是描述光波列之间相互关联的性质，这种关联可以通过波动理论的数学表达式来描述。
具体来说，两列光波相遇时，在交迭区域产生干涉图样的现象称为“相干”。
这个概念也可以用统计语言描述，称“统计关联”。
在杨氏双缝干涉实验中，单色光通过双缝产生干涉图案，可以用相干度和光强分布来描述。
其中，相干度μ描述了部分相干光的相干性，它是光束的相干性的物理量。
μ的取值
范围是0≤μ≤1，其中μ=1对应完全相干光，μ=0对应完全非
相干光，而0<μ<1为部分相干光。
此外，对于一般的双缝干涉实验，两个缝单独所产生的光强是相同的。
因此，可以通过杨氏双缝干涉图样的条纹衬比度来表征入射光源的相干度。
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无干涉现象
§1.相干光源 / 二、原子发光机制 相干光源
1. 普通光源：自发辐射 . 普通光源： · · 独立(不同原子发的光 独立 不同原子发的光) 不同原子发的光 独立(同一原子先后发的光) 独立(同一原子先后发的光) 同一原子先后发的光 普通光源是观察不到干涉现象的。 普通光源是观察不到干涉现象的。
§1.相干光源 / 二、原子发光机制 相干光源
三、相干长度 要使两束光产生干涉， 要使两束光产生干涉，两束光的最大 光程差。 光程差。
ν ν ν
ν 可发生干涉
不能发生干涉
普通光源的相干长度较小， 普通光源的相干长度较小，只有几毫米到 十几个厘米， 十几个厘米，而激光的相干长度从十几米 到几十公里，且激光的相干性很好。 到几十公里，且激光的相干性很好。
§1.相干光源 / 四、光程与光程差 相干光源
3.光程差与相位差的关系 光程差与相位差的关系 光程差每变化一个波长， 光程差每变化一个波长，相位差变化 2π 光程差为 ∆ ，相位差为 ∆φ ； 光程差与相位差的关系为： 光程差与相位差的关系为：
∆ ∆φ = λ 2π ∆ 则相位差为： 则相位差为： ∆φ = 2π λ
二、原子发光机制
当原子吸收外界能量后， 当原子吸收外界能量后，由低能级跃 迁到高能级，但在高能级不稳定， 迁到高能级，但在高能级不稳定，又会从 高能级跳回低能级。 高能级跳回低能级。 能级跃迁辐射 高能级E 高能级 2 光子 低能级E 低能级 1
§1.相干光源 / 二、原子发光机制 相干光源
注意 1.原子发光的时间很短，只有10−8秒。 原子发光的时间很短，只有 原子发光的时间很短 2.各原子发光是随机的，无固定相位差。 各原子发光是随机的， 各原子发光是随机的 无固定相位差。 两个频率相同的钠光灯不能产生干涉 现象，即使是同一个单色光源的两部分发 现象， 出的光，也不能产生干涉。 出的光，也不能产生干涉。
第一节 相干光源
一、产生相干光的条件 两束光 1.频率相同； 频率相同； 频率相同 2.振动方向一致； 振动方向一致； 振动方向一致 3.有恒定的相位差； 有恒定的相位差； 有恒定的相位差 4.光程差不太大； 光程差不太大； 光程差不太大 5.光强差不太大。 光强差不太大。 光强差不太大
§1.相干光源 / 一、产生相干光的条件 相干光源
§1.相干光源 / 五、干涉加强减弱条件 相干光源
六 、产生相干光的方法 1.分波面法 分波面法 在同一波面上两固定点光源， 在同一波面上两固定点光源，发出的 光产生干涉的方法为分波面法。 光产生干涉的方法为分波面法。如杨氏双 缝干涉实验。 缝干涉实验。 2.分振幅法 分振幅法 一束光线经过介质薄膜的反射与折射， 一束光线经过介质薄膜的反射与折射， 形成的两束光线产生干涉的方法为分振幅 如薄膜干涉、等厚干涉等。 法。如薄膜干涉、等厚干涉等。
§1.相干光源 / 六、产生相干光的方法 相干光源
§1.相干光源 / 四、光程与光程差 相干光源
如果光线穿过多种媒质时，其光程为： 如果光线穿过多种媒质时，其光程为： r1 r2 n1 n2 ri ni rn nn
n i =1
L = n1r1 + n2r2 + ⋅ ⋅ ⋅ + nnrn = ∑ niri
2.光程差 ∆ 光程差 光程差为两束光的光程之差。 光程差为两束光的光程之差。 ∆ = L2 − L1
§1.相干光源 / 三、相干长度 相干光源
四、光程与光程差 1.光程 L 光程 在真空中光的波长为 λ，光速为 C， ， 的媒质中后， 进入折射率为 n 的媒质中后，波长λn , 光 由折射定律可知： 速为 v ,由折射定律可知： 由折射定律可知
sin i C λ =n = = sin r v λn
在媒质中光走的波程为 r，则传播了 ，
§1.相干光源 / 四、光程与光程差 相干光源
r
λn
个波长， 个波长，相当于真空中传播的波长
r
个数为： 个数为：
λn
λ = nr
相当于真空中走的波程为： nr 相当于真空中走的波程为： 定义光程： 定义光程：
L = nr
光程为光在媒质中传播的波程与媒质 折射率的乘积。 折射率的乘积。
§1.相干光源 / 四、光程与光程差 相干光源
五 、干涉加强减弱条件
两束单色光相干时，光程差满足： 两束单色光相干时，光程差满足：
∆=
± kλ
( k = 0,1,2L)
加强
±,2L)
减弱
当光程差满足波长的整数倍时， 当光程差满足波长的整数倍时，两束 光干涉加强； 光干涉加强；当光程差满足半波长的奇数 倍时，两束光干涉减弱。 倍时，两束光干涉减弱。