相干光源


引言:相干光源

产生具有相同频率、恒定或零相位差以及相同波长的光波的光源称为相干光源。两个相干光波会产生稳定的干涉图样。当两个相干波重叠时,它们会随着时间的推移形成固定的最大值和最小值。

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您可以查看此可视化内容来理解相干光源。

您可以阅读关于光波干涉和参数的内容,以更全面地理解这个概念。

相干光源的例子

阅读以下示例以了解相干光源。

  • 恒星和激光是天然的相干光源。

  • 扬声器产生的声波由具有恒定相位差和相同频率的电信号驱动。

  • 一些小的光源,例如肥皂泡和蝴蝶翅膀,是部分相干的,您可以观察到其上的干涉图样。

  • 阳光通常是不相干光源,但某些小区域通常是部分相干的。

产生相干光源的方法

很难找到纯相干光源。因此,您可以使用以下方法来产生相干光源。

通过分割波前

我们需要使用多个镜子、透镜甚至棱镜将光波前分成不同的部分,以获得相干光源。此外,我们可以使用菲涅耳双棱镜法、劳埃德镜装置、杨氏双缝实验等技术来获得相干光源。

通过分割振幅

我们可以通过将入射光束的振幅分成几部分来产生相干光源。为了分割振幅,我们可以使用部分折射或反射的方法。之后,它会通过新的路径传播以产生干涉。

干涉——相干光源中的一个概念

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干涉是理解相干光源工作原理的常用方法之一。干涉是一种现象,其中两个具有相同频率和恒定相位差的波相互重叠形成合波。

两个波相互干涉,根据不同波组的确切时间产生更大的波纹或更小的波纹。

例如:

当您观察河流等水体时,波浪会相互干涉,产生更大的波浪或更小的波浪,具体取决于不同波浪组的确切时间。每个水波在彼此重合的地方会有波峰(振幅=1)和波谷(振幅=0)。

干涉类型

每当两个波彼此穿过,或当一个波从表面反射然后与自身发生干涉时,就会发生干涉。虽然这些基本模式有很多变体,但主要发生两种类型的干涉。

它们包括:

相长干涉

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当两个波重叠产生一个振幅大于其任何一个分波的单一波时,就会发生相长干涉。组合波被称为“相长”波,因为它增加了而不是减少了之前存在的东西。

当将沙子洒入水中时,可以看到相长干涉的一个例子,其中单个沙粒加起来会产生更大的波纹。这种效应也可以在杨氏双缝实验中观察到,该实验演示了光如何同时表现为粒子波。

相消干涉

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相消干涉是一种现象,其中一个光源的光与另一个相干光源发生干涉。这种干涉可能是相长的,产生更亮的亮点,也可能是相消的,产生更暗的亮点。了解在使用相干光源时如何处理相消干涉将有助于您构建和测量灵敏的探测器,例如光电倍增管。

当我们透过大气观察恒星时,也会发生相消干涉。大气湍流会导致星光的一些部分与其他部分发生相消干涉,在其表面产生暗斑。

常见问题

Q1. 如何获得稳定的干涉?

A1. 在干涉模型中,当两个波彼此组合时,我们得到一个合波,该合波与时间推移中最大和最小强度的位置一致,称为持续且稳定的干涉图样。

为了获得稳定的干涉,我们需要遵循以下条件:

  • 两个光源都应该非常狭窄

  • 两个光源都应该是相干的

  • 两个光源需要彼此靠近,从而产生清晰且宽阔的条纹。

Q2. 相干光源的参数是什么?

A2. 您需要相干光源才能观察光学现象的效果。

理想的相干光源应满足以下条件:

  • 相同的相位和振幅

  • 相同的强度和波长

  • 零或恒定的相位差

  • 相同的速率和相位

Q3. 为什么两个不同的光源不能形成干涉图样?

A3. 因为两个独立的光源不是相干光源,所以它们不能用来产生干涉图样。如果我们有两个不同频率的光源,它们不会相互干涉,因为它们是相互独立的。

假设我们有一个红色光源和一个蓝色光源。这两个光源的强度将根据它们到平面上的距离和角度而变化。由于它们的频率不匹配,它们永远不会产生任何干涉图样。

Q4. 光干涉的条件是什么?

A4. 干涉是理解相干光源的重要概念。

为了获得持续且稳定的干涉图样,光源应满足以下条件:

  • 光源应该是相干的

  • 应该具有相同的强度和振幅

  • 光源应该很窄

  • 光源应该产生单一波长

  • 光源与屏幕之间的距离应该很大。

更新于:2022年10月13日

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