光源对干涉的影响及干涉的应用

合集下载

光的干涉现象

光的干涉现象

光的干涉现象光的干涉现象是光学中一种重要的现象,它揭示了光波的波动性质以及光的性质与行为。

干涉现象包括两种类型:两条光波的叠加干涉和单条光波的多普勒干涉。

这篇文章将详细介绍光的干涉现象和其应用。

1. 叠加干涉1.1 双缝干涉双缝干涉是光的干涉现象中最经典的例子之一。

在双缝干涉实验中,光通过两个并排的狭缝,形成多个光束。

这些光束相互干涉,产生明暗条纹,常称为干涉条纹。

干涉条纹的出现可以解释为光的波动性质导致的波峰和波谷的叠加。

1.2 条纹间距干涉条纹的间距可以由下式计算得到:d·sinθ = mλ其中,d表示双缝之间的距离,θ为入射光的角度,m为干涉条纹的级次,λ为入射光波长。

1.3 干涉的明暗条件当条纹间距d·sinθ等于整数倍的光波长时,干涉条纹呈现明亮的状态,这是因为波峰和波峰叠加导致光强增强。

当条纹间距d·sinθ等于半整数倍的光波长时,干涉条纹呈现暗淡状态,这是因为波峰和波谷叠加导致光强减弱。

2. 多普勒干涉2.1 多普勒效应多普勒效应是指当光源或观察者相对于彼此运动时,引起光频率的改变现象。

当光源相对于观察者靠近时,光频率增加,光波变蓝偏;当光源相对于观察者远离时,光频率减少,光波变红偏。

2.2 多普勒干涉的应用多普勒干涉可以应用于光学测速仪器中。

通过测量观察者接收到的多普勒效应下的光频率,可以计算出物体相对于观察者的速度和方向。

3. 干涉的应用3.1 干涉仪干涉仪是一种利用光的干涉现象进行测量和研究的仪器。

常见的干涉仪包括迈克尔逊干涉仪和扫描干涉仪。

干涉仪可以用于测量长度、折射率、表面粗糙度等物理参数的精密测量。

3.2 干涉光谱仪干涉光谱仪利用光的干涉现象对光谱进行解析和测量。

典型的干涉光谱仪是菲涅尔干涉光谱仪,它可以测量出样品的折射率、薄膜的厚度、光学材料的色散性质等。

3.3 全息术全息术是一种记录和重现光的干涉图样的技术。

通过记录光的相位和幅度信息,全息术可以制作出具有立体感的光学图像。

光的干涉解析解读光的干涉现象的原理和应用

光的干涉解析解读光的干涉现象的原理和应用

光的干涉解析解读光的干涉现象的原理和应用光的干涉解析:解读光的干涉现象的原理和应用光的干涉是一种由于光波的叠加和相长相消所引起的光现象。

它是光的波动性质的重要表现之一,也是光学领域中研究的热点之一。

本文将对光的干涉现象的原理和应用进行解析,从理论和实践两个方面深入探讨。

一、光的干涉原理1. 光的波动性光可以被看作是一种电磁波。

根据波动理论,光的传播需要介质作为传播媒介,在介质中电磁场和磁场的变化形成了电磁波。

光波的传播速度和波长与介质的性质有关。

2. 干涉的概念干涉是指两个或者多个光波的相互作用导致了强度的变化。

当两个光波相遇时,根据光的波动性质,它们会互相叠加形成新的波形。

3. 干涉的条件光的干涉需要满足以下条件:- 波长相同:只有波长相同的光波才能产生干涉;- 振幅相近:振幅相差较小,才能保证干涉的效果明显;- 光程差:两个光波到达干涉区域的路径长度差称为光程差,需要满足一定的条件,以产生干涉。

4. 干涉的类型根据干涉的性质和条件,光的干涉可以分为两种类型:构造性干涉和破坏性干涉。

当两个光波相遇的相位差为整数倍的情况下,波峰会叠加形成明纹,这是构造性干涉。

而当相位差为半整数倍的情况下,波峰会与波谷相抵消,导致暗纹的出现,这是破坏性干涉。

二、光的干涉应用1. 干涉测量光的干涉在测量领域得到广泛应用。

通过干涉现象,可以实现高精度的测量。

例如,使用干涉仪进行长度的测量,可以达到亚微米级别的精度。

2. 光学薄膜光的干涉可以应用在光学薄膜的制备中。

利用干涉现象可以通过调整薄膜的厚度实现对光的干涉。

光的干涉在薄膜领域的应用有助于控制光的传播和反射,提高光学器件的性能。

3. 光学显微镜光的干涉在显微镜领域也有重要应用。

使用干涉显微镜可以观察细小的光学装置和光学薄膜的干涉现象,从而获得更高的分辨率和更清晰的图像。

4. 干涉条纹干涉现象中形成的干涉条纹被广泛应用于光学测量、光学图像处理等方面。

例如,在测量表面形貌时,通过观察干涉条纹的形态变化,可以得到表面形貌的信息。

光源的时间相干性和空间相干性对干涉、衍射的影响

光源的时间相干性和空间相干性对干涉、衍射的影响

109-光源的时间相干性和空间相干性对干涉、衍射现象的影响 摘要:光波作为一种概率波,其波动性已早已为我们所熟知,并且基于其波动特性的干涉和衍射现象已用于科学研究和生产实践的各个领域。

因此,提高光波的相干性对充分利用干涉和衍射现象具有重要意义。

光波的相干性与光源的性质有着密切的联系,因此搞清楚光源的时间相干性和空间相干性具有重要意义。

关键词:时间相干性;谱线宽度;空间相干性正文:光源的时间相干性体现为其单色性,即所发射光子频率的离散程度。

其具体数值指标为谱线宽度,其值越小说明发射光子频率的离散程度越小,光源的单色性越好,其时间相干性越好。

普通单色光源的谱线宽度的数量级为千分之几纳米到几纳米,而激光的谱线宽度只有nm,甚至更小,因此,激光的相干性要远远优于普通单色光源。

也正是基于激光的强相干性,光学全息技术、非线性光学、激光制冷技术、原子捕陷等近代物理技术才获得了快速的发展。

并且,多光子吸收等在普通单色光源下不可能发现的现象也在激光出现后被发现,极大地促进了人们对原子更为精系结构及能级跃迁机理的认识。

光源的空间相干性体现为光源的大小对相干性的影响。

由于从普通光源的不同部位发出的光是不相干,因此光源的大小必然影响到其相干性。

其具体临界数量关系式为:bd=R λ,其中λ为单色光的波长,R 为光源与衍射孔的距离,b 为光源的宽度,d 为衍射孔的距离。

当d,R, λ固定时,光源的宽度b 必须小于R λ/d,才可以在衍射屏上观察到干涉条纹。

同样,当b,R,λ固定时,d 必须小于R λ/b,称该值为相干间隔,以此来衡量光源的空间相干性。

由于激光光源各处发出的光都是想干的,所以激光光源的光场相干间隔的限制,这也是激光具有强相干性的原因之一。

迈克尔逊侧性干涉仪巧妙地利用了空间相干性原理来测得恒星的角直径,便是利用空间相干性的典型例子。

在光栅光谱仪的实验中,减小光入射缝的宽度实际上是相当于减小了b ,从而提高了光源的空间相干性,故得到原子光谱的谱线更加精细,体现在电脑图谱上就是突起变得更加尖锐。

光的干涉现象

光的干涉现象

光的干涉现象光的干涉现象是光学中重要而又有趣的现象之一。

它揭示了光的波动性质,并深化了人们对光的理解。

本文将通过对光的干涉现象的介绍和实例分析,探讨其原理、应用以及对科学研究和技术发展的影响。

一、光的干涉现象简介光的干涉现象指的是两束或多束光波相互叠加产生的干涉条纹现象。

当两束光波的相位差满足某一特定条件时,它们在空间中会相互干涉。

干涉的结果是光的强弱发生变化,形成了明暗相间的条纹。

在光的干涉现象中,存在两种类型的干涉:同态干涉和非同态干涉。

同态干涉是指两束来自同一光源的光波相互叠加产生的干涉现象,如杨氏双缝干涉和牛顿环等。

非同态干涉是指两束或多束不同光源的光波相互叠加产生的干涉现象,如薄膜干涉和透明薄板干涉等。

二、光的干涉现象原理光的干涉现象可以用波的叠加原理解释。

当两束光波相遇并叠加时,它们的电场强度相互叠加,形成一个新的电场强度分布。

而光的亮暗程度与电场强度的平方成正比,因此,新的电场强度分布也决定了光的亮暗程度。

在同态干涉中,双缝干涉是最典型的实例。

当一束光通过一个有两个细缝的屏幕时,射到屏幕后,光波会分成两束继续传播。

这两束光波在屏幕后再次相遇并叠加,产生干涉现象。

干涉的结果是在屏幕上形成一系列明暗相间的条纹,称为干涉条纹。

三、光的干涉现象应用光的干涉现象在科学研究和技术应用中具有重要意义。

以下是一些常见的应用。

1. 干涉测量:利用光的干涉现象,可以进行高精度的测量。

例如,通过测量干涉条纹的间距和光波的波长,可以计算出被测物体的长度或形状。

2. 光学薄膜:通过在透明介质表面上涂敷一层薄膜,可以利用薄膜的干涉现象来改变光的反射和透射性质。

这在光学元件的设计和制造中有广泛的应用。

3. 涡旋光:涡旋光是一种具有自旋角动量的光。

通过制造特殊形状的相位板,可以实现光的幅度和相位的分离,产生具有涡旋光性质的光束。

涡旋光在光学通信和光学显微镜等领域有重要应用。

4. 光学干涉仪器:干涉仪器是利用光的干涉现象设计和制造的仪器。

单色点光源引起的干涉现象

单色点光源引起的干涉现象
干涉条纹的稳定性
在实验条件下,干涉条纹是相对稳定的,因为光源发出的光波具有 较好的相干性。
干涉现象的应用
04
光学干涉测量
利用干涉现象测量光学元件的表面形貌
01
通过干涉测量技术,可以精确测量光学元件表面的形貌,如透
镜、反射镜等,从而提高光学系统的成像质量。
干涉测量在光学薄膜中的应用
02
利用干涉现象,可以对光学薄膜的厚度、折射率等进行精确测
干涉显微镜在生物学、医学、材料科 学等领域有广泛应用,如细胞结构观 察、表面形貌分析等。
干涉仪在物理实验中的应用
干涉仪的基本原理
干涉仪利用光的干涉现象,通过测量干涉图样,可以精确测量物理量,如长度、 角度、折射率等。
干涉仪在物理实验中的应用
干涉仪被广泛应用于物理实验中,如光速测量、光学多普勒效应实验等,可以 提供高精度的测量结果和实验数据。
激光器
激光器发出的光具有高度 单色性,波长范围极窄。
点光源的定义和特性
点光源
在几何光学中,点光源是 一个理想化的模型,它发 出的光线在各个方向上都 是平行的。
光束发散
实际的光源有一定的尺寸, 发出的光束有一定的发散 角。
强度分布
点光源发出的光强度在空 间中呈球对称分布。
单色点光源的干涉条件
相干性
波前匹配
干涉现象要求两束或多束光具有相同 的频率和振动方向。
干涉现象要求两束光波的波前完全匹 配,即相位差恒定。
平行光束
为了在空间中某一点形成干涉,需要 从单色点光源发出的两束或多束平行 光波。
单色点光源引起的干
03
涉现象
干涉现象的原理
光的波动性
光具有波动性,可以像水波一样 在空间中传播,并与其他光波相

光的双缝干涉实验及其应用

光的双缝干涉实验及其应用

光的双缝干涉实验及其应用光的双缝干涉实验是物理学中一项经典而重要的实验,它揭示了光的波动性质,并为我们提供了研究光的干涉现象和波粒二象性的有力工具。

本文将介绍光的双缝干涉实验的基本原理和过程,并探讨其在现实生活中的应用。

一、光的双缝干涉实验的原理光的双缝干涉实验是基于光的波动性质的。

实验中,首先将光源射向一个障板,障板上有两个相互靠近并且平行的小缝,光通过这两个缝后分别形成一个扩散的光束,然后这两束光在屏幕上重叠。

根据波动理论,两束光将发生干涉现象,产生明暗相间的干涉条纹。

二、光的双缝干涉实验的过程在光的双缝干涉实验中,我们需要进行一系列的步骤。

首先,准备一个光源,可以使用激光器或者白炽灯等。

然后,将光源射向一个障板,在障板上开设两个相距适当的小缝。

接下来,将屏幕放在光源和障板之间,调整屏幕的位置和距离,使得两束光在屏幕上交叠形成干涉条纹。

最后,利用光的干涉条纹进行测量和分析,探索光的波动特性。

三、光的双缝干涉实验的应用光的双缝干涉实验在现实生活中有许多重要的应用。

首先,它被广泛应用于光学仪器和设备的校准。

由于干涉条纹的规则和可测量性,我们可以通过测量干涉条纹来调整设备的参数和性能,从而获得更准确和稳定的测量结果。

其次,光的双缝干涉实验在物体表面形貌测量中也具有重要意义。

通过将物体置于干涉条纹系统中,我们可以通过测量干涉条纹的形状和密度来获得物体表面的形貌信息。

这一技术被广泛应用于工程和科学研究领域,如航空航天、材料科学等。

此外,光的双缝干涉实验还常用于研究光的干涉效应和波粒二象性。

通过调整实验参数,我们可以观察到干涉条纹的变化,并揭示光的波动性质和粒子性质之间的关系。

这对于理解光的性质和探索光与物质相互作用的机制具有重要意义。

总结起来,光的双缝干涉实验不仅揭示了光的波动性质,还为我们提供了研究光的干涉现象和波粒二象性的有效工具。

在现实生活中,它被广泛应用于光学仪器校准、物体表面形貌测量以及光学研究等领域。

光的干涉与衍射的原理及应用

光的干涉与衍射的原理及应用

光的干涉与衍射的原理及应用光的干涉与衍射是光学中重要的现象,它们揭示了光的波动性质和粒子性质。

本文将详细介绍光的干涉与衍射的原理,并探讨它们在各个领域的应用。

一、光的干涉原理干涉是指两个或多个光波碰到一起产生的干涉现象。

其基本原理是根据光波的叠加原理,当两个光波相遇时,会产生相干干涉。

相干干涉是指两个光源发出的光波具有相同的频率、相同的相位和相同的偏振态。

干涉分为构成干涉的两类光程差干涉和非构成干涉。

光程差干涉是指光波传播过程中的光程差导致的干涉现象。

常见的光程差干涉有薄膜干涉、等厚干涉和菲涅尔双缝干涉等。

薄膜干涉是指当光波从一种介质射入另一种介质时,由于两种介质的折射率不同,产生了光程差,导致干涉现象。

这种干涉在光学薄膜、光学涂层等领域有广泛应用。

等厚干涉是指在平行光束通过一块等厚的透明介质时产生的干涉现象。

该现象常见于光学平板、平行玻璃板等实验中,被广泛应用于光学测量和制造领域。

菲涅尔双缝干涉是指通过两个毗邻的狭缝之间形成的干涉条纹。

这种干涉广泛应用于天文测量、光学测距和光学薄膜等领域。

二、光的衍射原理衍射是指当光波通过一个遮挡物或障碍物时,波的传播方向改变并产生弯曲现象。

光的衍射是光学现象中最典型的波动效应之一。

光的衍射可由衍射公式描述,衍射公式由菲涅尔衍射积分表达式推导而来。

光的衍射与光的波长、遮挡物的大小和形状以及观察点的位置有关。

常见的衍射现象有单缝衍射、双缝衍射和圆孔衍射等。

单缝衍射是指当一束平行光通过一个狭缝时,波的传播方向会发生偏转并产生在屏上形成模糊的亮暗条纹。

这种衍射在光学实验中用于测量光的波长和衍射角度。

双缝衍射是指当一束平行光通过两个紧邻的狭缝时,光波在屏幕上形成明暗交替的干涉条纹。

双缝衍射常用于测量波长和角度以及研究光的干涉特性。

圆孔衍射是指当一束平行光通过一个小孔时,光波发生弯曲现象并在后方形成一个明亮的圆形区域。

这种衍射常用于天文学、显微镜和光学成像等领域。

三、干涉与衍射的应用1. 显微镜:干涉技术被广泛应用于显微镜中,可以提高显微镜的分辨率和清晰度,使得观察者可以观察到更小的细节。

光的干涉中的干涉条纹的解释和应用

光的干涉中的干涉条纹的解释和应用

光的干涉中的干涉条纹的解释和应用光的干涉是光学中一个重要的现象,它可以通过干涉条纹来进行解释和观察。

本文将对光的干涉以及干涉条纹的解释和应用进行探讨。

一、光的干涉光的干涉是指两束或多束光波相互叠加产生的干涉现象。

干涉可以分为两种类型:构造性干涉和破坏性干涉。

在构造性干涉中,两束或多束光波相位相同,叠加后光强增强,形成明亮的干涉条纹;而在破坏性干涉中,两束或多束光波相位相反,叠加后光强减弱,形成暗淡的干涉条纹。

二、干涉条纹的解释干涉条纹是干涉现象在空间中的显现。

当两束相干光波叠加后,会出现干涉现象,其中明亮的区域被称为干涉条纹,暗淡的区域则为干涉条纹之间的暗纹。

干涉条纹的形成可以用波峰和波谷的叠加来解释。

当两束光波的波峰和波谷重合时,它们将相互增强,形成明亮的干涉条纹;而当两束光波的波峰和波谷相差半个波长时,它们将相互抵消,形成暗淡的干涉条纹。

三、干涉条纹的应用1.干涉仪器:干涉条纹的观察可以通过干涉仪器来实现。

常见的干涉仪器包括干涉计、迈克尔逊干涉仪和杨氏双缝干涉仪等。

这些仪器利用干涉条纹的形成来测量物体表面的薄度、光的波长和精确的距离等。

2.光学薄膜:干涉条纹在光学薄膜的制备中起着重要作用。

通过利用光的干涉现象,可以控制薄膜的厚度和光学性质,实现光的传导和滤波等功能。

干涉条纹的形成和观察帮助科学家们研究和改进光学薄膜的制备工艺。

3.光学显微技术:干涉条纹的应用还延伸到光学显微技术领域。

通过将光源分为两束,经过样品的光进行干涉,可以通过观察干涉条纹来获得更高的分辨率和增强的对比度。

这种技术在生物医学和材料科学等领域有着广泛的应用,如透射光学显微镜和反射光学显微镜等。

4.干涉测量:利用干涉条纹的特性,可以进行精密的距离和形状测量。

例如,迈克耳孙干涉仪可以通过观察干涉条纹的移动来测量微小的长度变化,广泛应用于物体的位移测量和形态分析。

结论:光的干涉是光学中重要的现象,通过干涉条纹可以解释和观察干涉现象。

光源对干涉条纹的影响

光源对干涉条纹的影响

光源对干涉条纹的影响作者:薛立范来源:《硅谷》2011年第21期摘要:利用光的波动特性的进行的干涉和衍射现象已用于科学研究和生产实践的各个领域,因此,提高光波的相干性对充分利用干涉和衍射现象具有重要意义,光波的相干性与光源的性质有着密切的联系,因此搞清楚光源的时间相干性和空间相干性具有重要意义。

关键词:干涉条纹;光程差;相干时间;相干长度中图分类号:O436.1 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2011)1110186-01光源的时间相干性是描述光的干涉和衍射现象的一个很重要的方面,它用相干长度和相干时间来表示。

光源时间相干性主要是与干涉现象中条纹的清晰度有着很大的关联,知道了它们之间内在的影响关系之后,就可以很容易的,通过改变某些条件来得到清晰的对比度较好的条纹,从而便于我们观察,加深认识,也更容易对波动光学理论的基础进行理解跟掌握。

1 干涉条纹的对比度为了描述干涉花样的强弱对比,需要引入可见度的概念,其定义为:式(1)中,分别表示观察点附近的极大,极小光强。

当暗条纹全黑时,也就是时,,此时条纹的反差最大,干涉条纹最清晰;当时,,此时条纹模糊,甚至不可辨认,看不到干涉条纹。

一般的,总是在之间。

关于干涉条纹的对比度,影响因素有很多,主要因素有产生干涉的两束光的光强比、光源的大小以及光源单色性的好坏等,这里主要研究光源时间相干性与光源单色性对干涉条纹对比度的影响。

2 光源单色性对干涉条纹的影响一般使用的单色光源其实并不是单一频率的理想光源,它的光谱线总是有一定的宽度的,如图1所示,显示的是一个中心波长为,线宽为的波长分布。

由于在这一波长分布范围内的每一波长的光均会形成各自的一组干涉条纹,而且各组干涉条纹除零级条纹完全重合外,其他各级条纹互相间均有一定的位移。

这样各组条纹的非相干叠加的结果就会使条纹的可见度下降。

图1 非理想单色光源的波长分布只有在光源单色性好时,产生的各组干涉条纹相互各级之间的位移才会减小,对条纹对比度的影响也就降低了。

光学光的干涉现象及干涉条纹解释

光学光的干涉现象及干涉条纹解释

光学光的干涉现象及干涉条纹解释光的干涉现象是指当两束或多束光波相交时,由光波的叠加而产生明暗相间的条纹现象。

这是光的波动性质所导致的,根据不同的光源和干涉方式,干涉现象可以具有不同的特点和应用。

1. 干涉现象的基本原理干涉现象基于光的波动性质,可以通过光的传播速度和光的相位差来解释。

当两束光波相交时,如果它们的相位差为整数倍的波长,那么它们的振幅将叠加,光强增强,形成明条纹;相位差为奇数个半波长时,振幅将相互抵消,光强减弱,形成暗条纹。

2. 干涉实验中的光源干涉实验中光源的选择对于产生干涉现象起着重要的作用。

常用的光源有自然光、单色光和相干光。

自然光由多个不同波长的光波组成,因此产生多种干涉条纹;单色光只包含某一特定波长的光波,能够产生清晰且稳定的干涉条纹;而相干光是一种光波在多次反射和折射后形成的,具有高度的一致性和稳定性,可用于精密干涉测量。

3. 干涉实验中的干涉方式干涉实验中常见的干涉方式有双缝干涉、薄膜干涉和牛顿环干涉。

双缝干涉是利用两个狭缝间的光波干涉产生的明暗条纹。

薄膜干涉是通过光在不同折射率的介质中传播时产生的干涉现象,例如油膜和气泡表面的干涉条纹。

牛顿环干涉利用透明介质和光的反射干涉形成的干涉圆环。

4. 干涉条纹解释干涉条纹的解释可以通过光程差和相位差来理解。

光程差是指两束光波在到达观察点之前所走的光路长度之差,而相位差则是光波振动状态的差异。

当光程差为整数倍波长时,相位差为0,光波振动状态一致,明条纹出现;当光程差为半波长时,相位差为π,光波振动状态相反,暗条纹出现。

5. 干涉现象的应用干涉现象在科学研究和技术应用中具有广泛的应用。

例如,干涉测量可以用于测量薄膜厚度、折射率和表面形貌;干涉显示可以用于制造三维显示和光学元件;干涉光谱学可以用于分析物质的光学性质和结构等。

总结起来,光学光的干涉现象是光的波动性质所引起的现象,通过光的波长、相位差和光程差的关系解释了干涉条纹的出现。

光的干涉原理及应用

光的干涉原理及应用

光的干涉原理及应用1. 引言光的干涉是光学中重要的现象之一。

它利用光的波动性质,通过光波的叠加产生干涉条纹,从而揭示光的性质和波动性。

本文将介绍光的干涉原理及其应用。

2. 光的干涉原理2.1 波动理论根据波动理论,光是一种电磁波,具有波动性质。

它在传播过程中会产生干涉现象。

2.2 干涉的产生条件光的干涉需要满足两个条件:一是光源要是相干光源,二是光波要有相位差。

2.3 干涉的类型根据干涉产生的方式,干涉可分为两种类型:干涉中的点光源干涉和干涉中的分波器干涉。

3. 光的干涉应用3.1 双缝干涉实验双缝干涉实验是光的干涉的经典实验之一。

它通过让光通过两个狭缝产生干涉条纹,从而验证光的波动性。

3.2 薄膜干涉薄膜干涉是利用光在薄膜表面产生干涉现象的原理,可以应用在光学镀膜、光学透镜等领域。

薄膜的厚度决定了干涉的颜色。

3.3 分光干涉仪分光干涉仪利用光的干涉原理,通过分离和干涉光的不同波长,实现光的分光和测量。

它广泛应用于光谱分析、光学研究等领域。

3.4 混合干涉混合干涉是将两束或多束光通过光学器件叠加,产生干涉现象。

它可以用于干涉测量、相位测量等领域。

3.5 光栅干涉光栅干涉是利用光栅的周期性结构,使光波产生干涉现象。

它被广泛应用于光学仪器、光学信息存储等领域。

4. 总结光的干涉原理及应用是光学中重要的内容。

通过光的干涉现象,我们可以研究光的性质、测量光的参数,还可以应用于光学仪器、光学信息处理等领域。

光的干涉的研究与应用有助于拓展光学的应用领域,推动科学和技术的发展。

以上就是关于光的干涉原理及应用的文档,通过介绍光的干涉原理和常见的干涉应用,希望能够更好地理解和应用光的干涉现象。

光的干涉实验的原理和应用

光的干涉实验的原理和应用

光的干涉实验的原理和应用1. 前言光的干涉实验是光学中的重要实验之一,通过光的相干性和波动性的表现,揭示了光的干涉现象,并在科学研究和技术应用中发挥着重要的作用。

2. 光的干涉原理光的干涉实验基于以下两个基本原理:2.1 波动理论根据波动理论,光可以看作是电磁波的传播,它可以通过振动的方式在空间中传播,并呈现出波动性的特征。

2.2 相干性原理当两束相干光叠加在一起时,它们的相位差决定着叠加后光的强度分布。

相位差为整数倍的情况下,光的叠加会增强,形成明纹;相位差为半整数倍的情况下,光的叠加会减弱,形成暗纹。

3. 光的干涉实验装置3.1 双缝干涉实验双缝干涉实验是经典的光的干涉实验之一,实验装置主要由光源、双缝装置和屏幕组成。

光源发出的光通过双缝装置后,会在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹。

3.2 薄膜干涉实验薄膜干涉实验是基于薄膜的透射和反射现象进行的实验。

实验装置主要由光源、薄膜和观察屏组成。

通过观察屏上的干涉条纹,可以推断出被测薄膜的厚度和折射率等参数。

3.3 牛顿环实验牛顿环实验是利用外径为直线、内径为弯曲的玻璃片,在玻璃片上形成一组干涉环的实验。

通过观察干涉环的颜色变化,可以推断出玻璃片的曲率半径和折射率等参数。

4. 光的干涉实验应用4.1 拓宽光谱仪的分辨率光的干涉实验可以用于拓宽光谱仪的分辨率,通过利用光的干涉现象以及光程差的变化,提高光谱仪在某一波段的分辨能力。

4.2 全息术全息术是一种利用光波的干涉和衍射原理,记录并再现物体的全貌和三维结构的技术。

全息术广泛应用于图像储存、光学信息处理、全息显示等领域。

4.3 光学测量技术光的干涉实验可以用于光学测量技术,例如测量长度、测量物体表面的形状等。

通过利用光的干涉现象,可以实现高精度的测量。

4.4 光学薄膜制备光的干涉实验的原理可以应用于光学薄膜的制备。

通过控制光的干涉条纹,可以制备出具有特定光学性能的薄膜材料。

4.5 光学显微镜的改进光的干涉实验可以用于改进传统的光学显微镜,提高显微图像的分辨率和对比度。

光学干涉和干涉仪的原理和应用

光学干涉和干涉仪的原理和应用

光学干涉和干涉仪的原理和应用在光学领域中,干涉是一种常见的现象。

所谓干涉,就是指两束或多束光线相互作用时,产生干涉现象,使得光线的强度、相位和方向等发生变化。

光学干涉是研究光学的基础,其原理和应用广泛涉及光学、物理、天文学、化学和生物学等领域。

在实际应用中,干涉仪作为一种重要的光学测量工具,被广泛应用于科学研究和工程技术领域。

一、光学干涉的基本原理光学干涉是在光线的相互作用下所形成的强度和相位的变化,通常表现为互相干涉或互相破坏的结果。

光线的干涉过程可分为两种类型:相干干涉和非相干干涉。

相干干涉是指两束相干光线之间叠加干涉时所发生的干涉现象。

相干光线具有相同的频率、波长和相位,且能够互相干涉。

干涉形成的光场分为互补和互相抵消的两部分,在特定的条件下,能够形成光学干涉条纹。

典型的相干光源包括激光器、同步辐射光源等。

非相干干涉则是指两束非相干光线之间叠加干涉时所发生的干涉现象。

非相干光线具有不同的频率、波长和相位,无法互相干涉。

因此,非相干干涉形成的干涉条纹较为模糊,一般应用于光学显微镜等常见的成像系统中。

无论是相干干涉还是非相干干涉,干涉现象都是由干涉光程差导致的。

干涉光程差可以通过以下公式来计算:ΔL = L1 - L2 + nλ (n为干涉次数,λ为光波长,L1和L2分别为两束光线从源到屏幕所经过的光程)当光程差满足λ/2或整数倍时,两束光线互相干涉并在屏幕上形成亮度最大的点,而当光程差满足λ的奇数倍时,两束光线互相抵消而出现黑暗条纹。

二、干涉仪的基本结构和原理为了测量和观察光学干涉现象,人们发明了各种不同类型的干涉仪。

干涉仪是一种用来测量光线强度变化的仪器,能够测量和分析光波的干涉特性和相位差。

最常见的干涉仪包括杨氏干涉仪、菲涅尔双棱镜干涉仪、佩尔金干涉仪等。

杨氏干涉仪是最基本的白光干涉仪,它由一束激光通过一个光学分束器产生两个相干光束,经过镜片反射后再次合成,产生干涉条纹。

在试验中,从杨氏干涉仪的两个反射出射光束中任意一个分离的小部分中挑选一小段空间,就可以看到梳状干涉带。

学习光的干涉和干扰

学习光的干涉和干扰
虽然干涉和干扰产生的机制不同,但它们在某些情况下可以相互转化。例如,当一束光通过两个相距很近的小孔时, 可能会同时产生干涉和干扰现象。
干涉和干扰在光学领域的重要性
光的干涉和干扰是光学领域中的重要概念,对于光的传播、成像和检测等方面具有重要意义。
光的干涉和干扰在光学领域中具有不同的应用,干涉主要用于测量和校准,而干扰则主要用于图像 处理和通信。
影响因素:干涉受光波频率、相位差等因素影响,干扰受光强、方向等因素影响
干涉和干扰的联系
干涉和干扰都是光的波动现象,但产生的原因和表现形式不同。
干涉是两束或多束相干光波在空间某些区域相遇时发生的叠加现象,表现为明暗相间的干涉条纹。
干扰则是光波在通过某些光学元件(如分束器)后产生的光强分布变化,通常表现为光的强度变化。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
干涉的原理:两束或多束光波在空 间某一点叠加时,产生明暗相间的 干涉现象
干涉的应用:光学干涉测量、干涉 滤光片、薄膜干涉等
干涉的应用
干涉在光学仪器 中的应用
干涉在测量长度 和厚度中的应用
干涉在检测光学 元件质量中的应 用
干涉在全息照相 中的应用
பைடு நூலகம்
光的干扰
干扰现象的定义
干扰的防止和利用
添加项标题
防止干扰的方法:采用光隔离器、光滤波器等光学器件,避免不 同光束之间的干扰。
添加项标题
利用干扰的现象:利用光的干涉和干扰原理,实现光学检测、光 学成像等应用。
添加项标题
干扰的原理:当两束或多束相干光波在空间某一点叠加时,产生 光强度的周期性变化,形成明暗相间的干涉条纹。
光的干涉和干扰在某些情况下可以相互转化,例如在光纤中传播的光线会因为干涉和干扰的共同作 用而形成特定的模式。

光学干涉测量原理及应用

光学干涉测量原理及应用

光学干涉测量原理及应用光学干涉测量是利用光学干涉的原理进行精确测量的一种方法。

光学干涉测量最初是由法国物理学家弗朗索瓦·阿拉戈于19世纪初提出的。

经过几十年的发展,现今光学干涉测量已广泛应用于各个领域,如工业制造业、生物医学、地球物理学等。

本文将从光学干涉测量的原理、技术架构、应用等方面进行剖析。

一、光学干涉测量的原理光学干涉测量的原理是利用光的波动特性进行非接触式的测量。

当光线通过介质时,由于介质的折射率发生改变,导致光线产生弯曲,从而出现干涉现象。

光的干涉是波动现象,干涉程度的大小取决于光波的相位差。

若两束光的相位差为0,即两束光的相位完全一致,则会形成明纹条。

若两束光的相位差为π,即两束光相位相反,则会形成暗纹条。

基于这种原理,可以利用光干涉现象进行精确测量。

二、光学干涉测量的技术架构光学干涉测量一般由相干光源、被测物、参考平面反射镜、干涉仪和检测系统等组成,通常需要在实验室等准确的环境中进行。

1. 相干光源相干光源是光学干涉测量的基础,必须保证相干性高,波长稳定,才能得出准确的结果。

常用的相干光源为氦氖激光器、半导体激光器、二极管激光器等。

2. 被测物被测物是光学干涉测量的关键之一,需要对被测物进行纳米级、亚微米级的测量。

常用的被测物有平面、球面、圆柱面等,涵盖了许多领域,如表面形貌测量、运动量测量等。

3. 参考平面反射镜参考平面反射镜是用来将被测物和反射镜所反射的光线合并,使光线趋向于同一平面。

一般采用长凳反射镜。

反射镜的平整度和厚度都会对实验结果造成影响,所以对反射镜的选择和制造都有较高的要求。

4. 干涉仪干涉仪是光学干涉测量中最基础的仪器之一。

干涉仪的作用是将参考光和反射光合并,通过相位差的变化来测量被测物的厚度、形态等。

常用的干涉仪有迈克尔逊干涉仪、弗拉门戈干涉仪等。

5. 检测系统检测系统是光学干涉测量的数据处理模块,负责信号采集和处理,以及测量结果的分析和处理。

检测系统的设计极其重要,因为它是决定实验结果准确性的关键要素。

光的干涉现象

光的干涉现象

光的干涉现象光的干涉现象是光学中一种重要的现象,它揭示了光波的特性以及光的行为。

干涉实验的结果不仅令人叹为观止,还对解释光的本质提供了有力的证据。

本文将介绍光的干涉现象、干涉的主要类型以及干涉实验的原理和应用。

一、干涉是指两束(或多束)光波在相遇时产生的干涉现象。

这种相遇可以是两束光波来自同一光源,也可以是来自不同的光源。

干涉现象的基础是光的波动性质以及光的相位差。

当两束波波峰或波谷同时到达某一点时,它们相互增强,叫做构成性干涉;而当波峰和波谷同时到达某一点时,它们相互抵消,使得光强变弱或者完全消失,叫做破坏性干涉。

二、干涉的主要类型在光的干涉现象中,主要有两种类型的干涉,即相干光的干涉和非相干光的干涉。

相干光的干涉是指光源发出的两束相干光经过分束器或反射产生的相干干涉。

相干光的干涉常见的实验有杨氏双缝干涉实验、自发光照明干涉等。

非相干光的干涉是指来自不同光源的两束或多束光波相遇产生的干涉。

这种干涉实验中的光源通常不是单色光源,而是如白光等连续光源。

干涉实验的结果将呈现出一系列的颜色条纹,以及光的分光能力。

三、干涉实验的原理和应用干涉实验的原理可以通过光的波动性质来解释。

光的波动模型认为光是一种电磁波,具有波长、频率和振幅等特性。

当光波经过不同的光程差后相遇时,会出现干涉现象。

干涉实验在科学研究和技术应用中具有广泛的应用。

首先,干涉实验是检验光的波动理论的有效手段之一。

通过观察和分析干涉条纹,我们可以验证光波理论的正确性,并进一步深入研究光的本质。

其次,干涉实验也被广泛应用于光学仪器和设备的设计和制造中。

比如在干涉仪、激光干涉仪和光学测量等领域,干涉实验的原理和技术都得到了充分的利用。

干涉实验的结果可以帮助我们测量物体的形状、薄膜的厚度等参数,并且在光学通信、光学信息存储和光学计算等领域也发挥着重要的作用。

总结:光的干涉现象是光学中的重要现象,揭示了光波的特性和行为。

干涉实验的结果在理论研究和技术应用上都具有重要的意义。

光的干涉应用及原理

光的干涉应用及原理

光的干涉应用及原理光的干涉是一种光学现象,它是指两束或多束光线在空间中相遇时发生的相互影响现象。

干涉是光的波动性质的一种表现,通过干涉现象我们可以深入研究光的性质以及应用于各种实际场景中。

本文将从原理、应用以及实验方法等方面详细介绍光的干涉。

光的干涉原理主要基于两个基本理论:光的波动性理论和光的叠加原理。

首先,光的波动性理论指出,光是一种电磁波,具有波长、频率、振幅等特性。

当两束或多束光线在空间中相交时,相当于引入了光的波束叠加效应,因此会发生干涉现象。

其次,光的叠加原理指出,当两束光线相遇时,它们会相互叠加,形成一个新的波面。

根据干涉的特点和光的波动性质,我们可以分为两种干涉现象:光的相长干涉和光的相消干涉。

光的相长干涉(又称为亮度增强干涉)是指两束光线在空间中相遇时,它们具有相同的频率、相位以及振幅,经过叠加后会增强光源的亮度。

这种干涉现象常见于双缝干涉、菲涅尔双棱镜干涉、光栅干涉等。

双缝干涉是一个经典的干涉实验,它通过两个狭缝间的光线交叠,形成新的干涉图样。

这种干涉现象在实验室研究中经常被用来测量光的波长和验证光的波动性。

光的相消干涉(又称为亮度减弱干涉)是指两束或多束光线在空间中相遇时,它们具有不同的频率、相位以及振幅,经过叠加后会减弱或完全消除光源的亮度。

这种干涉现象常见于薄膜干涉、纹理干涉、牛顿环、牛顿环和薄膜的干涉等。

薄膜干涉是一种重要的光学现象,它发生在光线经过透明薄膜时,由于不同介质的光线反射和折射的差异,形成干涉图样。

藉由观察和测量干涉图样,可以获取薄膜的厚度和折射率等信息。

干涉现象应用广泛,以下将介绍几个重要的干涉应用。

第一个应用是干涉测量。

由于干涉现象与光的波动性密切相关,可以通过测量干涉图样的变化来获得更精确地测量结果。

例如,通过双缝干涉实验可以测量光的波长;通过薄膜干涉可以测量薄膜的厚度和折射率等。

干涉测量在科学研究和工程技术中都得到了广泛应用,例如在光学测量、光学显微镜、光纤通信以及精密仪器等方面。

光的干涉的应用及危害

光的干涉的应用及危害

光的干涉的应用及危害光的干涉是指当光波束经过某些介质或装置时,由于光的波动性质而出现干涉现象。

光的干涉现象不仅是物理学中的重要现象,还有许多实际应用和一些潜在的危害。

光的干涉在许多领域都有重要应用。

下面是一些常见的应用:1. 干涉仪:干涉仪是利用光的干涉原理设计的一种仪器,广泛应用于科研、工程和医学等领域。

例如,迈克尔逊干涉仪用于测量光的相干性,通过分析干涉图案可以获取光源的波长、相干长度等信息。

这对于光学元件的研究和光学仪器的校准都非常重要。

2. 光谱学:光谱学是通过分析光的干涉图案来研究物质的结构和性质的一门科学。

干涉光谱仪采用光的干涉原理可以分析光的频谱分布,并用于分析化学、物理和生物学等领域。

例如,迈克尔逊干涉光谱仪常被用于测量分子和原子的能级结构。

3. 显微镜:干涉显微镜利用光的干涉原理,通过调整干涉度和相位差来观察显微镜下的样本。

干涉显微镜可以提供更高分辨率和更高对比度的图像,被广泛应用于材料科学、生物医学和纳米技术等领域。

4. 干涉测量:光的干涉现象可以用于测量对象的形状、表面粗糙度和位移等参数。

例如,Michelson干涉仪被用于测量物体的长度和位移,Haidinger干涉仪和多普勒干涉仪被用于测量液体的粘度和流速。

干涉测量技术在制造业、地质勘探和生物医学等领域得到广泛应用。

光的干涉也有一些潜在的危害,并需要合理管理和控制:1. 光的干涉对光学仪器的精度要求高,对仪器的制作和校准都提出了严格要求。

如果干涉仪的结构或参数出现问题,会导致测量结果的误差增大,影响实验的准确性和可靠性。

2. 光的干涉现象容易受到环境的影响,如风、震动和温度变化等。

这些外界因素会引起光路的变化,导致干涉图案失真,从而影响测量结果的准确性。

因此,在进行光干涉实验或测量时,需要采取措施来降低环境干扰。

3. 高强度的干涉光束可能对眼睛造成损伤。

例如,激光器等光源的干涉光束可能产生强光束,直接照射到眼睛上会导致视网膜损伤。

光的干涉现象在干涉仪中有何作用

光的干涉现象在干涉仪中有何作用

光的干涉现象在干涉仪中有何作用关键信息项:1、光的干涉现象的定义和原理2、干涉仪的类型和工作原理3、光的干涉现象在不同类型干涉仪中的具体作用4、干涉仪在科学研究和实际应用中的领域5、光的干涉现象对干涉仪精度和性能的影响1、引言光的干涉现象是物理学中一个重要的概念,它在干涉仪中发挥着至关重要的作用。

干涉仪作为一种精密的测量仪器,广泛应用于科学研究、工程技术等领域。

本协议旨在深入探讨光的干涉现象在干涉仪中的作用。

11 光的干涉现象的概述光的干涉现象是指两束或多束光在相遇时,由于光的波动性,它们的电场和磁场相互叠加,从而在某些区域形成加强的光强,在另一些区域形成减弱的光强,形成明暗相间的条纹。

111 干涉的条件两束光必须具有相同的频率、恒定的相位差和相同的振动方向。

112 干涉的分类包括双缝干涉、薄膜干涉、迈克耳孙干涉等多种类型。

2、干涉仪的类型和工作原理21 迈克耳孙干涉仪通过分束器将一束光分成两束,经过不同的光路后再重新汇合发生干涉。

211 其工作原理基于光程差的变化通过测量干涉条纹的移动来确定光程差的改变。

22 法布里珀罗干涉仪由两块平行的高反射率平板组成,光在两平板之间多次反射形成干涉。

221 特点是具有很高的分辨率常用于光谱学研究。

3、光的干涉现象在干涉仪中的具体作用31 测量长度和位移利用干涉条纹的移动与光程差的关系,实现高精度的长度和位移测量。

311 在工业生产中的应用例如精密机械加工、半导体制造等领域。

32 测量折射率通过干涉条纹的变化来确定介质的折射率。

321 在材料科学中的重要性有助于研究材料的光学性质和成分。

33 检测表面平整度观察干涉条纹的形状和分布,判断表面的平整度。

331 在光学元件制造中的关键作用保证光学元件的质量。

4、干涉仪在科学研究中的应用领域41 天文学用于测量天体的距离、直径等参数。

411 帮助了解宇宙的结构和演化。

42 量子物理学研究微观粒子的行为和特性。

421 对量子纠缠等现象的研究提供支持。

干涉与衍射现象及应用

干涉与衍射现象及应用

干涉与衍射现象及应用干涉与衍射是光学中的两个重要现象,它们揭示了光的波动性质。

在本文中,将介绍干涉与衍射的基本原理、特点以及它们在现实生活中的应用。

一、干涉现象干涉是指两个或多个光波的叠加所产生的干涉图样。

根据光波相位的差别,干涉可以分为相干干涉和非相干干涉。

1. 相干干涉在相干干涉中,光波的相位差保持恒定,通常由同一光源发出的两束光波参与干涉。

根据相干干涉的特点,可以进一步分为两个主要类型:薄膜干涉和Young’s双缝干涉。

薄膜干涉是光波在介质边界上发生反射和透射产生的干涉。

当光线经过厚度为d的薄膜时,由于光在两个介质之间的传播速度不同,导致反射光和透射光相位有差异,从而产生干涉。

薄膜干涉广泛应用于光学仪器、光学薄膜材料的生产等领域。

Young's双缝干涉是指当光线通过两个相邻的狭缝时,发生干涉现象。

在双缝干涉中,光线通过两个狭缝后,形成一系列明暗相间的干涉条纹。

这种干涉现象揭示了光的波动性质,并且在干涉仪器、波长测量等领域有重要的应用价值。

2. 非相干干涉非相干干涉指来自不同光源的光波相互叠加所形成的干涉图样。

在非相干干涉中,不同光源的波长、方向等特性不同,不断变化的相位差导致了出现多条噪声干涉带。

非相干干涉主要应用于光学显微镜、表面形貌检测等领域。

二、衍射现象衍射是指光波在经过物体边缘或尺寸与波长相当的孔径时发生偏离直线传播的现象。

衍射现象揭示了光的波动性质,并常常出现在光学实验中。

1. 单缝衍射当一束平行光通过一个窄缝时,光波将会向前、向两侧扩散形成衍射现象。

单缝衍射的特点是在中央出现明亮的中央衍射极大,两侧逐渐减弱的衍射极小。

衍射通过单缝广泛应用于衍射模拟、干涉过滤等实验中。

2. 小孔衍射与菲涅耳衍射小孔衍射指光线通过一个尺寸较小的孔洞产生的衍射现象。

当光线通过小孔时,光波会向各个方向发出,形成一系列间距相等的明暗环状条纹。

小孔衍射的应用包括现代光学仪器中的光学孔径、天体观测等领域。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

光源对干涉的影响及干涉的实际应用【摘要】利用光的波动特性的进行的干涉和衍射现象已用于科学研究和生产实践的各个领域,提高光波的相干性对充分利用干涉和衍射现象具有重要意义。

光的干涉的应用广泛且极具价值。

【关键词】干涉条纹;光程差;相干时间;相干长度;应用;The influence of the light source of interference and interference in the practical applicationAbstract:To make use of light wave characteristics of interference and diffraction phenomenon has been used in the scientific research and production practice each domain, improve the coherence of the waves of light to make full use of interference and diffraction phenomenon has important significance. Light interference and extensive application of extremely value.Key words:interference fringe;Path length difference;coherence time;coherence length;apply;第一章光源对干涉的影响1.1单色光源对干涉条纹清晰度的影响一般使用的单色光源其实并不是单一频率的理想光源,它的光谱线总是有一定的宽度的,如图1所示,由于在这一波长分布范围内的每一波长的光均会形成各自的一组干涉条纹,而且各组干涉条纹除零级条纹完全重合外,其他各级条纹互相间均有一定的位移。

这样各组条纹的非相干叠加的结果就会使条纹的可见度下降。

图1非理想单色光源的波长分布若理想的单色光源照射双狭缝,产生等间距的平行直条纹,其间距为其中d为缝间间距,为屏幕到双缝之距离,当一定时,条纹间距与成正比。

考虑实际光源的波长范围,设最大波长的条纹间距为,最小波长的条纹间距为,则:显见,那么,在轴上必存在一点,它满足如下关系,对于长波的干涉图样为k级亮条纹,对于短波的干涉图样为(k+1)级亮条纹。

见图3,可推出解得于是的光程差为可见各波长的零级亮条纹都在坐标原点处重叠,其余各亮条纹依次错开。

若短波的各级亮条纹中心分别在1,2,3···各点;长波的各级亮条纹中心分别在···各点,则其余各种波长在的各级亮条纹分别出现在1与,2与,3与,···之间,不是一点,而是一个区域,随着干涉级的增加,各级亮条纹的叠加区成正比的加宽。

亦即同一级亮条纹的光能量分布区将随着干涉级的增加而增大。

其合成强度,零级最大,其余各级依次减小。

而暗条纹的叠加区也将随着干涉级的增加而增大。

致使干涉图样的可见度降低。

当干涉级满足时,k级亮条纹的光能量分布区已扩大到的k级亮条纹与(k+1)级亮条纹之间,即各种波长的k级亮条纹混成一片,使这一区域的强度起伏消失。

见图3。

自此之后干涉现象消失.故得结论如下:若光源发出的光具有一定的波长范围,则在干涉场中存在着产生干涉现象的最大光程差,称为该光源的相干长度,记为。

当时,由可得,即一个波列的长度,也可写作其中为一个光波列持续的时间。

叫做相干时间。

由于得。

推出。

此式表明光源的谱线宽度与相干时间成反比,谱线越窄,相干长度越长,相干性就越好。

光源的相干长度反映了光源的单色性的好坏,它是与光谱线宽度成反比的,光源的单色性越好,光源的谱线宽度就越小,光源的相干长度就越长。

1.2光源的时间相干性对干涉条纹的影响所有的光源所发射的光波只有在有限的空间范围内并且在一定的时间内才可以看做是稳定的,也就是说光源向外发射的波列都是有限长的,而波列的长度是由原子发光的持续时间和传播速度确定的。

图2杨氏干涉实验图2是杨氏干涉实验,为一点光源,为在某一时刻发射的一列光波,这一列光波被杨氏干涉装置分成了两个波列,这两个波列沿不同路径传播后,又重新相遇。

由于这两列波是从同一波列分割出来的,所以它们具有完全相同的频率和一定的相位关系,可以发生干涉,并能观察到干涉条纹。

如果两路的光程差太大,和到考察点的光程差大于波列的长度,使得当波列刚到达点时,波列已经过去了,两列波不能相遇,无法发生干涉,而此时另一发光时刻发出的波列分割后的波列刚好和相遇并叠加,但由于波列和无固定的相位关系,因此与在考察点无法发生干涉。

所以干涉的必要条件是两光波在相遇点的光程差小于波列的长度。

经过上述的讨论可知,波列的长度至少应等于最大光程差。

而光源的相干长度就是定义为同一光源分出的两束光能够相干的最大光程差,即相干时间则是定义为波列长度(也就是相干长度)通过考察点所需的时间,即式中为光速,对于确定的某一点,若前后两个时刻传来的光波属于同一波列,则它们是相干光波,称该光波场具有时间相干性,否则为非相干光波。

光源的时间相干性就是用相干长度、相干时间这两个量才表述的,研究表明,光源的相干长度越长,它的相干时间就越长,光源的时间相干性就越好,此时的单色性也越好。

产生的干涉条纹就越清晰,对比度就高,反之亦然。

1.3光源的线度对干涉条纹的影响杨氏干涉实验中,我们采用的是点光源或线光源。

但实际上光源总是具有一定的宽度的。

我们可以把它看成由很多线光源构成。

各个线光源在屏幕上形成各自的干涉花样,这些干涉花样间有一定的位移,位移量的大小与线光源到S的距离有关,这些干涉花样的非相干叠加使总的干涉花样模糊不清,甚至会使干涉条纹的可见度降为零。

假设光源由S′和S两个线光源组成。

当S′到S的距离变大时,S′的干涉花样将相对于S的干涉花样平移,总的干涉花样的可见度降低。

若S′的干涉花样的最大值恰好与S的干涉花样的最小值重合时,干涉条纹的可见度降为零,这时S和S′之间的距离记为a,若杨氏实验中用的是扩展光源,它的宽度为a0,且a0=2a,则扩展光源可分成许多相距为a的线光源,由于每个线光源在屏幕上的干涉花样的可见度为零,故整个扩展光源在屏幕上的干涉花样的可见度也为零,在屏幕上无法观察到干涉花样,这个扩展光源的宽度为a0称为临界宽度.显然,当扩展光源的线度变大时,干涉条纹的可见度变小,直至光源的线度等于临界宽度时,干涉条纹的可见度为零。

2. 光的干涉的应用2.1激光干涉条纹视力计在眼科临床的应用对于矫正视力不良眼,干涉视力检查可作为弱视和视神经疾病的鉴别诊断参考方法之一。

白内障病人只要晶体尚有能使激光束射入的微小透明间隙,就能测定干涉视力,因而能比视力表更确切地反映视网膜功能,可利用其预测白内障术后视力,从而对是否手术起决定作用。

激光干涉条纹视力测定法:受检者取坐位,头部固定于颖架和额托上,检查者从窥镜观察,确认瞳孔位置后,使激光束从混浊轻处射入瞳孔,让受检者确认红色圆形图象,再令其辨认干涉条纹方向(纵、横、左斜、右斜),从最大条纹间隔1.5周/度=视力0.05开始,通过改变条纹的方向及宽度,作出准确测定。

每个方向反复检查三次,受检者能识别的最小条纹间隔即是激光干涉条纹视力值。

2.2光的干涉在棱镜光学平行差测量中的应用绝大多数光学棱镜均可以展开成等效玻璃平板,由于棱镜角度偏差造成的等效玻璃平板的两表面在光轴截面内的不平行称为第一光学平行差, 由棱差造成的在垂直于光轴截面内的不平行称为第二光学平行差。

将棱镜置于干涉光路中, 等效玻璃平板前后表面反射的相干光波产生干涉图。

通过对干涉条纹的处理, 可计算出棱镜的角度偏差参数。

通常, 根据平行光等厚干涉的原理测量棱镜光学平行差。

由等效玻璃平板前后表面产生等厚干涉条纹, 条纹的疏密与方向即反映了第一、第二光学平行差的大小。

目视测量时, 通过估读 x、y 方向的条纹数量, 可计算试件的光学平行差。

当采用计算机处理干涉图时, 一般需要先从干涉图中提取出波差面数据,然后采用最小二乘法用平面拟合波差面, 该平面的法线方向与出射光线的方向一致, 由此可计算出被测棱镜的第一、第二光学平行差。

2.3干涉条纹动态跟踪技术的研究与应用图1给出了F-P腔干涉条纹形成及检侧的示意图,待侧介质流过FP腔,以一定倾角射人到F-P腔上的光束,在两反射平面间进行多次反射,其透射光形成多光束等倾干涉,它们经过凸透镜会聚后,在焦平面上形成的干涉图样是一组同心圆环。

干涉条纹锐利、清晰,内环的干涉级次较高,离条纹中心愈远条纹愈密。

当被检侧介的浓度发生变化时,干涉条纹动态地向内收缩或向外扩张。

折射率n随级次k的变化关系为:(1)式中,为折射率的变化量,为亮条纹收缩或扩张的条数,k为第k级亮条纹的级次。

d为F-D腔两反射面之间距离,f为会聚透镜的焦距,为第k级亮条纹的半径。

浓度变化量和折射率变化量的关系为:式中,为酒精的初始浓度,为初始折射率,分别为纯乙醇和水的折射率,分别为乙醇和水的密度。

将(l)式代人(2)式得:由(1)和(3)可知,只要我们检侧出干涉圆环的变化,即干涉条纹移动的方向和数量,就可以由(l)和(3)计算出折射率变化量和浓度变化量,从而可以动态跟踪其变化。

采用电荷祸合器件CCD组成干涉条纹检测传感器,CCD感光窗口与焦平面AA 却重合。

CCD象元经光积分后,在驱动脉冲的作用下输出相应的脉冲信号,CCD输出信号与明条纹对应的为低电平,与暗条纹对应的为高电平,每一个脉冲信号输出的时序对应CCD象元位置的顺序。

这样,即将二维空间域中的光信号转换为一维时间域中的离散数字信号。

将CCD的输出信号输人给计算机,由计算机完成动态跟踪计算处理,给出干涉圆环变化的数量和方向,进一步实时计算待测液体的折射率和浓度的变化量。

结束语:影响干涉条纹的因素方方面面很多,平时所见的光源所发出的单色光影响干涉条纹的因素方方面面很多,平时所见的光源所发出的单色光并非严格单色,而是围绕通常所说的单色波长有一个谱线的宽度,这将会影响干涉条纹的可见度,相干长度与光源的谱线宽度成反比,也就是光源的单色性好,光源的谱线宽度就小,相干长度就长,相干时间则是光通过相干长度所用的时间,光的单色性高,其时间相干性就好,干涉条纹就清晰,另外,光源的线度越小(可看做是线光源)时,我们观察到干涉条纹也越清晰。

随着研究的深入及社会的发展,光的干涉的应用越来越广泛,为人类谋福。

而人们的需求日益增长,又要求我们更深入的研究,使光的干涉应用价值不断提高。

参考文献:[1]姚启均,光学教程[M].北京:高等教育出版社,2008.[2]屠庆铭,大学物理[M].北京:高等教育出版社,2009.[3]陈信义,大学物理[M].北京:清华大学出版社,2008.【4】朱自强,现代光学。

相关文档
最新文档