光源相干光优秀课件
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光的相干性PPT课件
.
2
3.5.1 光的相干性 (Coherence of light) 影响条纹可见度的最主要因素是用于干涉实验的光 源特性；光源的大小和复色性。
1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性 2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性
.
3
1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性
在杨氏干涉实验中，如果采用点光源，则通过于涉 系统将产生清晰的干涉条纹，V = l。如果采用扩展 光源，其干涉条纹可见度将下降。
2
(151)
V 随 的变化曲线如图所示。或者说，对一定的 ，
V 随着k 变化，k 增大，可见度 V 下降：
V 1
0
. 2/
37
2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性
当Δk = 0，光源为单色光源时，V = 1； 当0< Δk< 2/Δ时，0 <V<1； 当Δk = 2/Δ时，V = 0。
V
1
0
2 b
.
19
1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性 当光源是扩展光源时，光场平面上具有空间相干性 的各点的范围与光源的大小成反比。
V πbsinπb (141)
.
20
1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性
对于一定的光波长和干涉装置，当光源宽度 b 较大， 且满足
b R d
I0dx 是元光源通过 S1 或 S2 在干涉场上所产生的光
强度； 是元光源发出的光波经 S1 和 S2 到达 P 点
的光程差。
I I1 I2 2I1 I2c o sc o s= I1 I2 + 2 I1 2 (3 )
.
9
《光的相干性》课件
《光的相干性》PPT课件
通过这个PPT课件，我们将深入探讨光的相干性及其在实际应用中的重要性。 欢迎大家加入我们的探索之旅！
什么是相干性
1 相干性的概念
相干性是指光波波动的一致性和协调性。在相干光中，光波的振动形式能够互相影响并 保持稳定。
2 相干与相位
相位是描述波动状态的概念，而相干性指的是不同波动的相位之间存在关联性。
具有相干性的光束
协方差函数
协方差函数是评估光波相干性 的工具，它描述了光波之间的 关联性和干涉的特性。
高斯型光束的相干性
高斯型光束具有很高的相干性， 是许多光学应用中常用的光源。
空间相干性衰减
随着光波传播距离的增加，空 间相干性逐渐衰减，干涉效应 也会减弱。
利用相干性
1 干涉现象
相干性能够导致干涉现象的发生，如干涉条纹、干涉滤波器等。
2 杨氏双缝干涉实验
杨氏双缝干涉实验是研究光的相干性和干涉现象的重要实验。
3 马吕斯环
马吕斯环是一种由相干光和透镜产生的干涉图样，常用于检测光波的相干性。
应用实例
激光的相干性
激光是一种具有高度相干性的光源，被广泛应 用于激光医学、激光切割等领域。
光纤通信的相干性
光纤通信利用光波的相干性传输信号，实现高 速、长距离的数据传输。
3 相干噪声
当不同频率的光波叠加在一起时，会产生相干噪声，可能干扰光学系统的性能。
光波的相干性
1
波前的相干性
波前相干性描述了光波从不同点源发出时的相位关系，决定了干涉和衍射现象的 产生。
2
相干度的定义
相干度衡量了两个或多个光波之间的相干性程度，从而反映了它们的互相干涉的 能力。
3
相干度的实验测定
通过这个PPT课件，我们将深入探讨光的相干性及其在实际应用中的重要性。 欢迎大家加入我们的探索之旅！
什么是相干性
1 相干性的概念
相干性是指光波波动的一致性和协调性。在相干光中，光波的振动形式能够互相影响并 保持稳定。
2 相干与相位
相位是描述波动状态的概念，而相干性指的是不同波动的相位之间存在关联性。
具有相干性的光束
协方差函数
协方差函数是评估光波相干性 的工具，它描述了光波之间的 关联性和干涉的特性。
高斯型光束的相干性
高斯型光束具有很高的相干性， 是许多光学应用中常用的光源。
空间相干性衰减
随着光波传播距离的增加，空 间相干性逐渐衰减，干涉效应 也会减弱。
利用相干性
1 干涉现象
相干性能够导致干涉现象的发生，如干涉条纹、干涉滤波器等。
2 杨氏双缝干涉实验
杨氏双缝干涉实验是研究光的相干性和干涉现象的重要实验。
3 马吕斯环
马吕斯环是一种由相干光和透镜产生的干涉图样，常用于检测光波的相干性。
应用实例
激光的相干性
激光是一种具有高度相干性的光源，被广泛应 用于激光医学、激光切割等领域。
光纤通信的相干性
光纤通信利用光波的相干性传输信号，实现高 速、长距离的数据传输。
3 相干噪声
当不同频率的光波叠加在一起时，会产生相干噪声，可能干扰光学系统的性能。
光波的相干性
1
波前的相干性
波前相干性描述了光波从不同点源发出时的相位关系，决定了干涉和衍射现象的 产生。
2
相干度的定义
相干度衡量了两个或多个光波之间的相干性程度，从而反映了它们的互相干涉的 能力。
3
相干度的实验测定
光源、相干光及杨氏干涉45页PPT
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
光源、相干光及杨氏干 涉
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
光源、相干光及杨氏干 涉
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
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。
第一讲(光的相干性及干涉)课件
2
同一厚度e对应同一级条纹——等厚条纹
明纹： (e) k , k = 1,2,3,… 暗纹： (e) (2k 1) , k = 0,1,2,…
2
明暗纹对应的膜的厚度
k 1
明纹： e
2
2n
暗纹： e k
2n
膜厚度差 相
邻
两
条 纹
条纹中心 间距
L 明纹 暗纹
e
ek ek+1
e ek1 ek 2n
解：光程差改变 ne e
(e, n)
s1 s2
x 条纹移动 N = 4
N O e N
n1
4
n1
4000nm
劳埃德镜实验
直射光光程 nr1
n r1 •
反射光光程
•
2a•
r2
？ nr2 2
D
半波损失：光由光疏质射向光密质时，反射波的相位要 发生π的突变，好象损失了半个波长的光程一样。
2
(k= 0, 1, 2, …)
第k个暗环半径 r kR k
明环： 2e 2 r 2 k
2 2R 2
(k= 1, 2, …)
第k个明环半径
r
k 1 R
2
环半径之间关系 rk2m rk2 mR
三、 等厚条纹的应用
1、 劈尖的应用
L 2n
• 测波长：已知θ、n，测L可得λ
2
倾角 i 相同的光线对应同一条干涉条纹—等倾干涉。
等倾干涉条纹特点: • 形状: 一系列同心圆环
• 条纹间隔分布: 内疏外密
• 条纹级次分布: e一定时， k i rk
• 膜厚变化时,条纹的移动： • 波长对条纹的影响:
k一定, e i rk
同一厚度e对应同一级条纹——等厚条纹
明纹： (e) k , k = 1,2,3,… 暗纹： (e) (2k 1) , k = 0,1,2,…
2
明暗纹对应的膜的厚度
k 1
明纹： e
2
2n
暗纹： e k
2n
膜厚度差 相
邻
两
条 纹
条纹中心 间距
L 明纹 暗纹
e
ek ek+1
e ek1 ek 2n
解：光程差改变 ne e
(e, n)
s1 s2
x 条纹移动 N = 4
N O e N
n1
4
n1
4000nm
劳埃德镜实验
直射光光程 nr1
n r1 •
反射光光程
•
2a•
r2
？ nr2 2
D
半波损失：光由光疏质射向光密质时，反射波的相位要 发生π的突变，好象损失了半个波长的光程一样。
2
(k= 0, 1, 2, …)
第k个暗环半径 r kR k
明环： 2e 2 r 2 k
2 2R 2
(k= 1, 2, …)
第k个明环半径
r
k 1 R
2
环半径之间关系 rk2m rk2 mR
三、 等厚条纹的应用
1、 劈尖的应用
L 2n
• 测波长：已知θ、n，测L可得λ
2
倾角 i 相同的光线对应同一条干涉条纹—等倾干涉。
等倾干涉条纹特点: • 形状: 一系列同心圆环
• 条纹间隔分布: 内疏外密
• 条纹级次分布: e一定时， k i rk
• 膜厚变化时,条纹的移动： • 波长对条纹的影响:
k一定, e i rk
课件：相干光1
普通光源发光特点：偶然性、间歇性
单色光：频率恒定的一列无限长正弦（或余弦）光波。
,
I
任何光源所发射的光都不是单色光 I0
谱线宽度
I0/2
波列越长，谱线宽度越窄， 光的产生 振幅分割法
一 相干光简介
• 光波是一种电磁波
平面电磁波方程
E
E0
cos
(t
r u
)
H
H0
cos (t
r) u
• 其中能引起人眼视觉和底片感光的是E，故通
常把E叫做光矢量
可见光的范围
: 400~ 760nm : 7.51014 ~ 4.31014 Hz
• 若两束光的光矢量满足相干条件，则它们是相
干光，相应的光源叫相干光源
为什么两个发光频率相同的钠光灯，在它们都 能照到的区域，观察不到明暗相间的条纹？
二 相干光
1）普通光源的发光机制-----原子发光模型
原子在激发态上 10-11~10-8 s
原子量子跃迁持续 发光 10-8 s 。
波列长度为0.03~3m。
激 发 态
跃迁 基态
En
自发辐射
1
原子能级及发光跃迁
2
P
E h
大学物理光学课件 (PDF格式)
k=+2 k=+1
2.干涉明暗条纹的位置 2.1 波程差的计算
p
1
x
d δ
θ
r
·x
x
r
2
o D
S*
S1 *
k= 0
I
设实验在真空（或空气）中进行，则波程差为：
S2 *
k=-1 k=-2
δ = r2 − r1 ≈ d sin θ ≈ d tg θ = d ⋅
x D
2.2 明暗条纹条件
δ = r2 −r1 ≈d sinθ ≈ d tgθ = d ⋅
r
B
(4)
E
(5)
,条纹的移动： k一 定, e ↑ → i ↑ → rk 膜厚变化时, • 膜厚变化时 ： 波长对条纹的影响： • 波长对条纹的影响
k, e 一 定, λ ↑ → i ↓→ rk ↓
利用薄膜干涉使反射光减小， 这样的薄膜称为增透膜。
2 、多层高反射膜
H L H ZnS MgF 2 ZnS MgF 2
AD = AC sin i
δ = 2 n2 AB − n1 AD +
P Q
sin i n2 = sin r n1
n1 n2 n2 > n1
e λ = 2n2 ⋅ − n1 ⋅ 2e ⋅ tan r sin i + cos r 2
= 2e λ ( n − n sin r sin i ) + cos r 2 1 2 2e sin i λ = ( n − n sin 2 r )+ cos r 2 1 sin r 2
2 2 = 2e n2 2 − n1 sin i + λ / 2
δ = 2 n 2 AB − n1 AD + λ 2
2.干涉明暗条纹的位置 2.1 波程差的计算
p
1
x
d δ
θ
r
·x
x
r
2
o D
S*
S1 *
k= 0
I
设实验在真空（或空气）中进行，则波程差为：
S2 *
k=-1 k=-2
δ = r2 − r1 ≈ d sin θ ≈ d tg θ = d ⋅
x D
2.2 明暗条纹条件
δ = r2 −r1 ≈d sinθ ≈ d tgθ = d ⋅
r
B
(4)
E
(5)
,条纹的移动： k一 定, e ↑ → i ↑ → rk 膜厚变化时, • 膜厚变化时 ： 波长对条纹的影响： • 波长对条纹的影响
k, e 一 定, λ ↑ → i ↓→ rk ↓
利用薄膜干涉使反射光减小， 这样的薄膜称为增透膜。
2 、多层高反射膜
H L H ZnS MgF 2 ZnS MgF 2
AD = AC sin i
δ = 2 n2 AB − n1 AD +
P Q
sin i n2 = sin r n1
n1 n2 n2 > n1
e λ = 2n2 ⋅ − n1 ⋅ 2e ⋅ tan r sin i + cos r 2
= 2e λ ( n − n sin r sin i ) + cos r 2 1 2 2e sin i λ = ( n − n sin 2 r )+ cos r 2 1 sin r 2
2 2 = 2e n2 2 − n1 sin i + λ / 2
δ = 2 n 2 AB − n1 AD + λ 2
光源单色光相干光
I I min I1 I 2 2 I1I 2
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7
12.2 光源 单色光 相干光
干涉现象的光强分布和干涉条纹
I1 I2 2 I1I2
I1 I2
I
I1 I2 2 I1I2
2π
0 2π 4π 6π
8
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12.2 光源 单色光 相干光
四. 相干光的获得方法 分波面法
E1 E10 cos( t 10 ) E2 E20 cos( t 20 )
合成 E E0 cos( t 0 )
2 2 其中 E0 E10 E20 2 E10 E20 cos(20 10 )
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4
12.2 光源 单色光 相干光
2 2 2 E0 E10 E20 2 E10 E20 cos(20 10 )
因为 I E 2 合光强 I I1 I 2 2 I1I 2 cos(20 10 ) 与机械波不同，光束由一个个光波列组成，合 光强是不同光波列光强的时间平均值
I I1 I 2 2 I1I 2 cos(20 10 )
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5
12.2 光源 单色光 相干光
相长干涉（明纹极大） cos( 20 10 ) 1
2kπ ( k 0 ,1, 2...)
I I max I1 I 2 2 I1 I 2
相消干涉（暗纹极小）
cos( 20 10 ) 1
( 2k 1)π ( k 0 ,1, 2...)
12.2 光源 单色光 相干光
12.2 光源 单色光 相干光
一. 光源
紫
0.40
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7
12.2 光源 单色光 相干光
干涉现象的光强分布和干涉条纹
I1 I2 2 I1I2
I1 I2
I
I1 I2 2 I1I2
2π
0 2π 4π 6π
8
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12.2 光源 单色光 相干光
四. 相干光的获得方法 分波面法
E1 E10 cos( t 10 ) E2 E20 cos( t 20 )
合成 E E0 cos( t 0 )
2 2 其中 E0 E10 E20 2 E10 E20 cos(20 10 )
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4
12.2 光源 单色光 相干光
2 2 2 E0 E10 E20 2 E10 E20 cos(20 10 )
因为 I E 2 合光强 I I1 I 2 2 I1I 2 cos(20 10 ) 与机械波不同，光束由一个个光波列组成，合 光强是不同光波列光强的时间平均值
I I1 I 2 2 I1I 2 cos(20 10 )
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5
12.2 光源 单色光 相干光
相长干涉（明纹极大） cos( 20 10 ) 1
2kπ ( k 0 ,1, 2...)
I I max I1 I 2 2 I1 I 2
相消干涉（暗纹极小）
cos( 20 10 ) 1
( 2k 1)π ( k 0 ,1, 2...)
12.2 光源 单色光 相干光
12.2 光源 单色光 相干光
一. 光源
紫
0.40
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：
2020年高中物理竞赛—基础光学00光源、相干光(共21张PPT)
第1章 波动光学
北极光
丰富多彩的干涉现象
水膜在白光下
白光下的肥皂膜
蝉翅在阳光下
蜻蜓翅膀在阳光下
白光下的油膜
肥皂泡玩过吗?
测油膜厚度
平晶间空气隙干涉条纹
等倾条纹
牛顿环(等厚条纹)
第一节 光源 相干光
一. 电磁波
1. 电磁波的产生 凡做加速运动的电荷都是电磁波的波源
例如：天线中的振荡电流 分子或原子中电荷的振动
1、光波与机械波的区别 (1)、光波是一种波动，它与机械波有相似之处，所以描述波动 规律的惠更斯原理，波的叠加和干涉等基本原理对光波同样也适 用。
(2)、与其它波动相比，光波又有其个性，有它自己的特殊规律：
如光波是由空间电磁场之间相互激励形成的，不像机械波那 样依赖媒质的弹性。
又如，光波的振动是指空间各点电场强度和磁场强度随时间 作周期变化，不像机械波那样指质点离开平衡位置的位移作周期 性变化等。
常用单色光源
三. 光源：能发射光波的物体。
(1) 热辐射
自
(2) 电致发光 发
(3) 光致发光 (4) 化学发光
辐 射
自发辐射 E2
(5) 同步辐射光源 受
(6) 激光光源
激
辐
射
波列
..能级跃迁 E1
E2 E1/ h
波列长 L = c
非相干(不同原子发的光)
非相干(同一原子先后发的光)
四、光波的叠加
波动光学： 研究光的电磁性质和传播规律，特别是干涉、 衍射、偏振的理论和应用。
量子光学： 以光的量子理论为基础，研究光与物质相互作用 的规律。
The Realm of Optics
QUANTUM OPTICS ELECTROMAGNETIC OPTICS WAVE OPTICS GEOMETRICAL OPTICS
第1讲 光源 光的相干性
hf hf
E1
hf
完全一样(频率,位相,振动方向,传播方向)
第1讲 光源 光的相干性
波动光学
由普通光源获得相干光的方法
分波面法
1p
S*
2
分振幅法
·p
S*
1 2
薄膜
这样获得的两束光初相位及频率都相同
光的独立传播波动光学第1讲光源光的相干性普通光源发出的光是非相干的独立不同原子发的光独立同一原子先后发的光激光光源相干性好hfhfhf完全一样频率位相振动方向传播方向受激辐射自发辐射光源中各原子所发光波列彼此之间没有频率相位间的关联薄膜由普通光源获得相干光的方法波动光学第1讲光源光的相干性这样获得的两束光初相位及频率都相同
几何光学：反射，折射，成像
波动光学
光
波动光学: 干涉，衍射，偏振
学
量子光学: 研究光子与物质的相互作用
光具有波粒二象性
波动光学
第1讲 光源 光的相干性
第1讲 光源 光的相干性
一、光源及发光机制 二、光的单色性 三、光的相干性
波动光学
第1讲 光源 光的相干性
波动光学
一、光源及发光机制： 两大类光源： 普通光源 发光机制： 自发辐射
激光光源 受激辐射
普通光源发光： 自发辐射跃迁
E2 发光时间t 10-8s
波列
E2
Laser
hf hf
E1
hf
E1
波列长L =ct
原子发出的是一段频率一定、振动方向一定、有限长的波列
第1讲 光源 光的相干性
波动光学
二、光的单色性：
可见光的波长范围： 760nm—400nm Δλ越小—单色性越好
发生干涉的必要条件： 振动方向相同+频率相同+相位差恒定 还要满足：空间相干性 + 时间相干性
E1
hf
完全一样(频率,位相,振动方向,传播方向)
第1讲 光源 光的相干性
波动光学
由普通光源获得相干光的方法
分波面法
1p
S*
2
分振幅法
·p
S*
1 2
薄膜
这样获得的两束光初相位及频率都相同
光的独立传播波动光学第1讲光源光的相干性普通光源发出的光是非相干的独立不同原子发的光独立同一原子先后发的光激光光源相干性好hfhfhf完全一样频率位相振动方向传播方向受激辐射自发辐射光源中各原子所发光波列彼此之间没有频率相位间的关联薄膜由普通光源获得相干光的方法波动光学第1讲光源光的相干性这样获得的两束光初相位及频率都相同
几何光学：反射，折射，成像
波动光学
光
波动光学: 干涉，衍射，偏振
学
量子光学: 研究光子与物质的相互作用
光具有波粒二象性
波动光学
第1讲 光源 光的相干性
第1讲 光源 光的相干性
一、光源及发光机制 二、光的单色性 三、光的相干性
波动光学
第1讲 光源 光的相干性
波动光学
一、光源及发光机制： 两大类光源： 普通光源 发光机制： 自发辐射
激光光源 受激辐射
普通光源发光： 自发辐射跃迁
E2 发光时间t 10-8s
波列
E2
Laser
hf hf
E1
hf
E1
波列长L =ct
原子发出的是一段频率一定、振动方向一定、有限长的波列
第1讲 光源 光的相干性
波动光学
二、光的单色性：
可见光的波长范围： 760nm—400nm Δλ越小—单色性越好
发生干涉的必要条件： 振动方向相同+频率相同+相位差恒定 还要满足：空间相干性 + 时间相干性
14-1光源光的相干性-精品文档
P86,三下面，第8行
相位相同或相位差恒定 太原理工大学物理系
3.普通光源获得相干光的途径 从一个原子一次发出的一个光波列分成两部分。 分波阵面法 分振幅法
s1
光源*
s2
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
自发辐射 波列长L = c △t
原子能级及发光跃迁
E h
太原理工大学物理系
1）普通光源：a）发光属于自发辐射。
P85,第2段， 第1行
· ·
（独立） (不同原子发的光) （独立） （同一原子先后发的光）
P85,第2段，第5， 7行开头处
b）发光特点：独立性、随机性、间歇性 可见，普通光源发出的光，无固定的位相差关系、 且它们的频率、振动方向也不一定相同，因此它们 在空间相遇不满足干涉条件。 太原理工大学物理系
太原理工大学物理系
在光波中，产生感光作用和生理作用的是电场强 度 E ，故将 又称为光矢量， 的振动称为光振动。 E E P86三下3-6行 E 称为光振幅。 0
可见光
:4 0 0 ~ 7 6 0 n m 1 4 1 4 :3 . 9 1 0 ~ 7 . 51 0 H z
第五篇 光学
波动光学
光的干涉（§14―1～5） 光具有波动性 光的衍射 （§14―7～9） 光的偏振 （§1Байду номын сангаас―10～15） 光是横波
第十四章 波动光学
一、光 光源 1.光 （P86三，下3-5行）
§14-1 光源 光的相干性
光是一定频率的电磁波，用电场强度 、磁场强度 E 来描述。 H r r E E c o s [ ( t ) ] ,H H c o s [ ( t ) ] 0 0 0 0 u u
相位相同或相位差恒定 太原理工大学物理系
3.普通光源获得相干光的途径 从一个原子一次发出的一个光波列分成两部分。 分波阵面法 分振幅法
s1
光源*
s2
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
自发辐射 波列长L = c △t
原子能级及发光跃迁
E h
太原理工大学物理系
1）普通光源：a）发光属于自发辐射。
P85,第2段， 第1行
· ·
（独立） (不同原子发的光) （独立） （同一原子先后发的光）
P85,第2段，第5， 7行开头处
b）发光特点：独立性、随机性、间歇性 可见，普通光源发出的光，无固定的位相差关系、 且它们的频率、振动方向也不一定相同，因此它们 在空间相遇不满足干涉条件。 太原理工大学物理系
太原理工大学物理系
在光波中，产生感光作用和生理作用的是电场强 度 E ，故将 又称为光矢量， 的振动称为光振动。 E E P86三下3-6行 E 称为光振幅。 0
可见光
:4 0 0 ~ 7 6 0 n m 1 4 1 4 :3 . 9 1 0 ~ 7 . 51 0 H z
第五篇 光学
波动光学
光的干涉（§14―1～5） 光具有波动性 光的衍射 （§14―7～9） 光的偏振 （§1Байду номын сангаас―10～15） 光是横波
第十四章 波动光学
一、光 光源 1.光 （P86三，下3-5行）
§14-1 光源 光的相干性
光是一定频率的电磁波，用电场强度 、磁场强度 E 来描述。 H r r E E c o s [ ( t ) ] ,H H c o s [ ( t ) ] 0 0 0 0 u u
§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
高二物理竞赛光源光的相干性课件
P点的相位差
Δ2πr 2πr
λ λ
2π nr r λ
2.光程差
s1 * r
L2L1
P
n rr s 2 * r n
相位差和光程差的关系
相位差2π光λ 程差
由此看出，引进光程可以方便地计算相干光的
相位差。 干涉加强
k , k 0 ,1 ,2 ,
2 k π,k 0 ,1 ,2 ,
干涉减弱
(2k1), k0,1 ,2,
2
(2 k 1 )π,k 0 ,1 ,2 ,
二、透镜不引起附加的光程差
A F
o
B A
F'
B
焦平面
二、光的单色性
具有单一频率的光称为单色光.
各种频率复合的光称为复色光. 普通光源所发光为复色光,单色光源发光为单色 光.激光为最好的单色光源.
I 谱线宽度：I0/2( I0是 I0 谱线最大强度)处的 谱线的波长范围 I0/2
(或频率范围)
o
谱线宽度
0
普通单色光的谱线宽度 ： 10-3 0.1 nm 激光的谱线宽度 ： 10-9 10-6 nm
2) 同一分子在不同时刻所发光的频率、振动方向 不一定相同。（随机性、独立性）
(3)各分子在同一时刻所发光的频率、振动方向、 相位也不一定相同.(独立性、随机性)
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
激光光源能发出频率,相位,振动方向,传播方向相 同的光.
激
E n 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
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光波中与物质相互作用（感光作用、生理作用）的是
E 矢量，称为光矢量。E 振动称为光振动。
（3）光强 I E02
光波的平均能流密度称为光强，用 I 表示。
I E02
在波动光学中，主要见光频率范围 7.7 110 4 ~3.9 110 H 4 z
0
可见光波长范围 390~ 0 760A0
可见光颜色对照 紫 ~ 红
单色光—只含单一波长的光。 I 0
复色光—含多种波长的光。 I 0 2
准单色光—光波中包含波长范围
很窄的成分的光。
O
2
2
4 光强 （1）光波是电磁波 （2）光矢量（光振动）
独立(同一原子先后发的光)
（2）激光光源（受激辐射）
结论：两普通光源不相干，两相同激光器相干
（2）根据是否产生热辐射
热光源 冷光源
序 光源发光
号
方式
基本原理
举例
1 白炽灯 在灯丝两端通电，使其 钨丝灯、卤素
温度上升而发光
灯等
2 放电灯 灯内部空间通电，使其 日光灯、水银
内部气体电离放电而发
灯等
光
3 固态光源 电子激发化合物半导体 发射光子
光源相干光优秀课件
§1 光源 光的相干性
一、光源
1、光源的发光机理
光源的最基本发光单元是分子、原子
能级跃迁辐射
E2
波列 10 8秒
= (E2-E1)/h E1
波列长L = c
2、光源的分类
（1）根据辐射机理
发光的间隙性
（1）普通光源（自发辐射）
· ·
发光的随机性 独立(不同原子发的光)
E 矢量，称为光矢量。E 振动称为光振动。
（3）光强 I E02
光波的平均能流密度称为光强，用 I 表示。
I E02
在波动光学中，主要见光频率范围 7.7 110 4 ~3.9 110 H 4 z
0
可见光波长范围 390~ 0 760A0
可见光颜色对照 紫 ~ 红
单色光—只含单一波长的光。 I 0
复色光—含多种波长的光。 I 0 2
准单色光—光波中包含波长范围
很窄的成分的光。
O
2
2
4 光强 （1）光波是电磁波 （2）光矢量（光振动）
独立(同一原子先后发的光)
（2）激光光源（受激辐射）
结论：两普通光源不相干，两相同激光器相干
（2）根据是否产生热辐射
热光源 冷光源
序 光源发光
号
方式
基本原理
举例
1 白炽灯 在灯丝两端通电，使其 钨丝灯、卤素
温度上升而发光
灯等
2 放电灯 灯内部空间通电，使其 日光灯、水银
内部气体电离放电而发
灯等
光
3 固态光源 电子激发化合物半导体 发射光子
光源相干光优秀课件
§1 光源 光的相干性
一、光源
1、光源的发光机理
光源的最基本发光单元是分子、原子
能级跃迁辐射
E2
波列 10 8秒
= (E2-E1)/h E1
波列长L = c
2、光源的分类
（1）根据辐射机理
发光的间隙性
（1）普通光源（自发辐射）
· ·
发光的随机性 独立(不同原子发的光)