CH4-2

光波相干的條件和產(chǎn)生方法

coherentconditionoflightwaves蟬翅在陽(yáng)光下蜻蜓翅膀在陽(yáng)光下白光下的油膜肥皂泡玩過嗎?豐富多彩的干涉現(xiàn)象4.2相干光波的條件和產(chǎn)生方法白光下的油膜討論：相互獨(dú)立的光源及不同頻率的光可以相干嗎？一、相干光波必須滿足如下必要條件：（1）振動(dòng)方向相同或有方向相同的振動(dòng)分量；（2）振動(dòng)頻率相同；（3）相位差穩(wěn)定。討論條件1：振動(dòng)方向(1)若波源S1和S2發(fā)出振動(dòng)方向相互垂直的簡(jiǎn)諧波，則θ＝

/2疊加項(xiàng)為0，表明兩垂直振動(dòng)的波是非相干疊加，不產(chǎn)生干涉效應(yīng)

(2)若兩列波的振動(dòng)方向成一角度θ,E1和E2可分別在相互垂直的x和y方向分解

計(jì)算過程：E1x和E2x相干疊加E1y和E2y相干疊加x、y方向的合振動(dòng)非相干疊加討論條件2：振動(dòng)頻率假設(shè)S1和S2發(fā)出振動(dòng)方向相同而頻率不等的簡(jiǎn)諧波根據(jù)疊加原理，在場(chǎng)中任一點(diǎn)P的合振動(dòng)為：P點(diǎn)的光強(qiáng)為討論交叉項(xiàng)對(duì)上式右端在觀察時(shí)間τ內(nèi)求平均值，其中第一項(xiàng)顯然為零，對(duì)于第二項(xiàng)當(dāng)時(shí)其值也為零則：頻率不同的兩列簡(jiǎn)諧波的疊加是非相干疊加討論條件3：相位差即使兩列波的振動(dòng)方向和頻率相同，如果它們?cè)趫?chǎng)點(diǎn)的相位差隨時(shí)間改變，場(chǎng)點(diǎn)的光強(qiáng)也就隨時(shí)間不斷變化，觀察不到穩(wěn)定的光強(qiáng)相長(zhǎng)和相消的干涉現(xiàn)象實(shí)際上通常兩個(gè)獨(dú)立光源甚至兩個(gè)原子發(fā)射的光波都是不相干的如何產(chǎn)生相干波？光波是光源中大量分子、原子的振動(dòng)而發(fā)射的電磁波原子發(fā)出的光波是一些斷斷續(xù)續(xù)的波列，持續(xù)時(shí)間10－8s，相應(yīng)的波列長(zhǎng)度小于米的量級(jí)發(fā)射過程是一種隨機(jī)過程，一次發(fā)射過程終止后，重新發(fā)射光波已具有新的振動(dòng)方向和相位一個(gè)原子兩次發(fā)光，或兩個(gè)原子同時(shí)發(fā)光，其在振動(dòng)方向和相位上都沒有聯(lián)系，隨機(jī)不相干由兩個(gè)獨(dú)立光源或一光源兩部分發(fā)出的光波不相干

，即使它們的振動(dòng)方向和頻率相同，由于相位差不穩(wěn)定，干涉圖樣瞬變（探測(cè)器無法響應(yīng)），干涉項(xiàng)的時(shí)間平均為零

二、光源發(fā)光機(jī)制：要不同頻率光波有干涉

,足夠小應(yīng)用高速快門及頻率相近的兩束光----瞬態(tài)干涉在各段

t中有干涉條紋——暫態(tài)干涉，不同

t中干涉條紋隨機(jī)平移，平均結(jié)果沒有干涉現(xiàn)象。對(duì)于瞬態(tài)干涉并不要求兩列光波的頻率完全相同及其相差完全恒定，只需要在觀察時(shí)間中干涉項(xiàng)不為零普通光源的發(fā)光主要是利用光源內(nèi)原子、分子的自發(fā)發(fā)射，而激光則主要是受激發(fā)射，所以激光器可以產(chǎn)生相干性很好即波列長(zhǎng)度很長(zhǎng)的光波響應(yīng)時(shí)間

比納秒10-9s更短結(jié)論A.干涉問題—時(shí)間域的統(tǒng)計(jì)平均：討論相干條件不能離開觀測(cè)時(shí)間；B.E1不垂直于E2是干涉項(xiàng)存在的基礎(chǔ)；C.在

充分小時(shí)（～ns)，可得到瞬態(tài)干涉效應(yīng)，并不要求兩束光頻率完全相同和相位差完全恒定。D.若

遠(yuǎn)大于光源保持恒定相位的時(shí)間，各瞬態(tài)干涉效應(yīng)被勻化而消失。1.普通光源的發(fā)光特點(diǎn)

隨機(jī)、間歇2.

從普通光源中獲得相干光的原則

從一個(gè)原子一次發(fā)光中獲得

裝置的基本特征一個(gè)原子兩次發(fā)光隨機(jī)不相干兩個(gè)原子同時(shí)發(fā)光也不相干先分光然后再相遇3.

三種方法:(1)分波前法(2)分振幅法(3)分振動(dòng)面法三、

相干光的產(chǎn)生方法分波前法：從一次發(fā)光的波前上取出幾部分—分割波前