论文部分内容阅读
[摘 要]本文主要是围绕着产生“光的干涉”的条件所展开的。首先对出现“光的干涉”需要的条件进行了系统、科学的论述，然后又通过理论和实际相结合的方式，以激光干涉作为主要切入点，对产生“光的干涉”的方法，以及对应的装置展开了进一步的探究，并且得出了相应的结论，希望能够为相关研究工作的开展提供切实可靠的理论依据。
[关键词]光的干涉；光源性质；光源作用
中图分类号：TM171 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）12-0276-01
引言：光的干涉不仅体现了光波所具有的波动性，同时也是保证人们对衍射现象具有准确了解的基础。由此可以看出，对“光的干涉”引起足够重视，对于保证研究工作顺利开展具有无法替代的作用。作为能够对干涉波源进行产生的光源而言，其自身所具有的光学性质与光的干涉之间具有异常紧密的联系，因此，现阶段研究人员需要关注的重点即为，如何以光源所具有的性质作为出发点，对干涉装置进行研究，保证研究工作所获取成果的进一步深化。
1 出现“光的干涉”需要的条件
电磁理论所涉及的内容从侧面说明了以下结论：能够在自由的空间之中进行传播的光波，从实质上来说属于纯粹的横波，在该类光波之中，沿着横向进行振动的物理量就是所谓的磁场以及电场矢量。通过对光与物质之间所具有的生理、感光等相互作用进行分析可以发现，导致相互作用产生的原因主要在于光波所具有的电场矢量，因此，现阶段，人们通常将电场矢量看作光波所具有多种振动矢量中最具有代表性的一种，并将其称之为“光矢量”[1]。
首先假设存在两列完全独立的光波，光波所对应圆频率分别是xa、xb，光波所对应波矢的大小分别是ya、yb，光波所对应初相位分别是φ1、φ2。假设两列光波在据自身所对应光源距离为ra、rb处的Q点相遇，那么Q点所对应振幅矢量分别是Aa、Ab，那么上述两列光波所对应光矢量的表达式则是：
Ea=Aacos（xat-yara+φ10）
Eb=Abcos（xbt-ybrb+φ20）
在通过波的叠加的原理，将处于Q点的合振动光矢量设为E，且E=Ea+Eb，那么：
|E|2=E*E=（Ea+Eb*Ea+Eb）=Aa2cos2（xat-yara+φ10）+Ab2cos2（xbt-ybrb+φ20）+Aa*Ab[cos（xa+xb）t-（yara+ybrb）+（φ10+φ20）]+Aa*Ab[cos（xa-xb）t-（yara-ybrb）+（φ10-φ20）]
在上述表达式中，Aa*Ab=Aa*Ab*cosθ，其中代表两列光波所对应光矢量振动方向的夹角的数值为θ。在对第二个公式进行计算时可以发现，现有探测器所对应的响应时间和光波所对应的周期相比，明显偏大，另外，实际的观测时间与探测器所对应的响应时间相比也普遍偏大，因此，在特定的观测时间之内，|E|2所对应的时间平均值为零。
通过对上文所提及公式进行分析，可以得出以下结论：其一，想要保证两束或多束光束呈现出相干的关系，需要存在处于互相平行状态下的振动分量；其二，想要保证两束或多束光束呈现出相干的关系，需要保证光束所对应频率相同；其三，想要保证两束或多束光束呈现出相干的关系，需要保证光束所对应初位差相对稳定。
2 产生“光的干涉”的方法，以及对应的装置
對于微波以及机械波而言，在特定观察实践之内，独立振源所呈现出的振动现象是始终持续的，但在这段时间内，相位关系并不会出现相应的变化，也就是说，对于具有相同频率的独立振源而言，想要对干涉现象进行观察，需要确定相应的观察时间。以光波的角度出发对干涉情况进行分析可以发现，对光源性质产生较为明显影响的因素为光波敷设，且在此种条件下发生的干涉情况，相对复杂。对于作为自发辐射而存在的普通光源而言，在特定的观察时间之内，光振动出现间断，相对应的相位关系就会产生变化，需要注意的一点是，将经由完全独立的不同点光源而发出的光源进行叠加，无法产生相应的干涉现象[2]。对于作为受激发射而存在的激光光源而言，研究人员可以通过对谐振腔结构的利用，使其产生具有相同频率与振动方向的恒定光波，也就是说，经由相同的两个激光器所发出的光波能够产生干涉现象，也就是通常意义上所说的互相干。
在对普通光源进行研究的过程中可以发现，想要获得光的干涉，以及相干光波，研究人员可以通过将经由同一点光源所发出的光波进行分解，使其成为相应的两列或是多列光波的形式，再对不同光波进行叠加，最终产生光的干涉现象。通过对上文所提及的试验进行操作可以发现，即使处于某一光源之中的不同原子，在对光波进行发射前对自身初相位进行了相应的改变，但是在对经由分解而获得的不同光波所到达的考察点进行研究时，终究会得出相位差不变的结论[3]。由此可以看出，通过分解的方式所获得的不同光波均属于相干光波，而这种方法也就被称之为自相干法。
能够使普通光源满足光波干涉的装置种类较多，其中常见的共有以下三种，分别是分振动面、分振幅以及分波阵面法。分振动面法主要指的是将某束线偏振光通过分解的方式，使其成为具有相同传播方向，以及振动面正交的两束光，然后再选取振动方向相同的分量对其进行相应的叠加，最终产生干涉。这种方法通常被稱作偏振光干涉。在对该法进行应用的过程中，需要研究人员注意的一点是，经由激光器所发出的多种激光中，隶属于偏振光的为配有布儒斯特窗装置的激光器所发出的激光，其他激光则不属于偏振光；分振幅法主要指的是以光源为出发点，入射相应薄膜或透明板之中的光束，通过薄膜或透明板所固有的界面进行多次折射与反射，最终得出相应的投射相干光束以及反射相干光束的试验方法。正是由于上文所提及的相干光束是通过对入射光束进行分解而得出的，也就是说振幅平方与入射光束所对应的光强成正比，因此，该试验方法被称之为分振幅法[4]。较为常见的分振幅法为薄膜干涉；分波阵面法主要指的是通过划分的方式，使点光源所对应波面分解成为两个或多个不同部分，再将不同部分进行相干叠加之后产生干涉现象的方法。其中具有代表性的光的干涉例子当属杨氏双缝干涉法。
结论
综上所述，上文主要以现有研究技术与装置作为立足点，对光源在时间和空间方面所具有的性质进行了讨论，当然，对于实际存在的光场来说，其在时间和空间方面所具有的相干性通常情况下是并存的。通过上文的讨论可以发现，光的干涉对于光学研究工作的开展具有非常重要的意义，以干涉装置为例，在对光源所对应线度或是频谱进行研究的过程中，研究人员只有保证对干涉装置的准确应用，才能最大限度提升测量结果的科学性。
参考文献
[1] 顾铮，卜胜利，童元伟.浅析“光的干涉”中的光源性质及作用[J].大学物理，2013，04：53-56+65.
[2] 董磊.激光三维显示中散斑抑制及散斑测量[D].中国科学技术大学，2013.
[3] 王城.扩散电弧等离子体的实验研究及高强度光源的初步研究[D].中国科学技术大学，2015.
[4] 张洋.纳米二氧化钛降解空气污染物的研究[D].河南工业大学，2015.
[关键词]光的干涉；光源性质；光源作用
中图分类号：TM171 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）12-0276-01
引言：光的干涉不仅体现了光波所具有的波动性，同时也是保证人们对衍射现象具有准确了解的基础。由此可以看出，对“光的干涉”引起足够重视，对于保证研究工作顺利开展具有无法替代的作用。作为能够对干涉波源进行产生的光源而言，其自身所具有的光学性质与光的干涉之间具有异常紧密的联系，因此，现阶段研究人员需要关注的重点即为，如何以光源所具有的性质作为出发点，对干涉装置进行研究，保证研究工作所获取成果的进一步深化。
1 出现“光的干涉”需要的条件
电磁理论所涉及的内容从侧面说明了以下结论：能够在自由的空间之中进行传播的光波，从实质上来说属于纯粹的横波，在该类光波之中，沿着横向进行振动的物理量就是所谓的磁场以及电场矢量。通过对光与物质之间所具有的生理、感光等相互作用进行分析可以发现，导致相互作用产生的原因主要在于光波所具有的电场矢量，因此，现阶段，人们通常将电场矢量看作光波所具有多种振动矢量中最具有代表性的一种，并将其称之为“光矢量”[1]。
首先假设存在两列完全独立的光波，光波所对应圆频率分别是xa、xb，光波所对应波矢的大小分别是ya、yb，光波所对应初相位分别是φ1、φ2。假设两列光波在据自身所对应光源距离为ra、rb处的Q点相遇，那么Q点所对应振幅矢量分别是Aa、Ab，那么上述两列光波所对应光矢量的表达式则是：
Ea=Aacos（xat-yara+φ10）
Eb=Abcos（xbt-ybrb+φ20）
在通过波的叠加的原理，将处于Q点的合振动光矢量设为E，且E=Ea+Eb，那么：
|E|2=E*E=（Ea+Eb*Ea+Eb）=Aa2cos2（xat-yara+φ10）+Ab2cos2（xbt-ybrb+φ20）+Aa*Ab[cos（xa+xb）t-（yara+ybrb）+（φ10+φ20）]+Aa*Ab[cos（xa-xb）t-（yara-ybrb）+（φ10-φ20）]
在上述表达式中，Aa*Ab=Aa*Ab*cosθ，其中代表两列光波所对应光矢量振动方向的夹角的数值为θ。在对第二个公式进行计算时可以发现，现有探测器所对应的响应时间和光波所对应的周期相比，明显偏大，另外，实际的观测时间与探测器所对应的响应时间相比也普遍偏大，因此，在特定的观测时间之内，|E|2所对应的时间平均值为零。
通过对上文所提及公式进行分析，可以得出以下结论：其一，想要保证两束或多束光束呈现出相干的关系，需要存在处于互相平行状态下的振动分量；其二，想要保证两束或多束光束呈现出相干的关系，需要保证光束所对应频率相同；其三，想要保证两束或多束光束呈现出相干的关系，需要保证光束所对应初位差相对稳定。
2 产生“光的干涉”的方法，以及对应的装置
對于微波以及机械波而言，在特定观察实践之内，独立振源所呈现出的振动现象是始终持续的，但在这段时间内，相位关系并不会出现相应的变化，也就是说，对于具有相同频率的独立振源而言，想要对干涉现象进行观察，需要确定相应的观察时间。以光波的角度出发对干涉情况进行分析可以发现，对光源性质产生较为明显影响的因素为光波敷设，且在此种条件下发生的干涉情况，相对复杂。对于作为自发辐射而存在的普通光源而言，在特定的观察时间之内，光振动出现间断，相对应的相位关系就会产生变化，需要注意的一点是，将经由完全独立的不同点光源而发出的光源进行叠加，无法产生相应的干涉现象[2]。对于作为受激发射而存在的激光光源而言，研究人员可以通过对谐振腔结构的利用，使其产生具有相同频率与振动方向的恒定光波，也就是说，经由相同的两个激光器所发出的光波能够产生干涉现象，也就是通常意义上所说的互相干。
在对普通光源进行研究的过程中可以发现，想要获得光的干涉，以及相干光波，研究人员可以通过将经由同一点光源所发出的光波进行分解，使其成为相应的两列或是多列光波的形式，再对不同光波进行叠加，最终产生光的干涉现象。通过对上文所提及的试验进行操作可以发现，即使处于某一光源之中的不同原子，在对光波进行发射前对自身初相位进行了相应的改变，但是在对经由分解而获得的不同光波所到达的考察点进行研究时，终究会得出相位差不变的结论[3]。由此可以看出，通过分解的方式所获得的不同光波均属于相干光波，而这种方法也就被称之为自相干法。
能够使普通光源满足光波干涉的装置种类较多，其中常见的共有以下三种，分别是分振动面、分振幅以及分波阵面法。分振动面法主要指的是将某束线偏振光通过分解的方式，使其成为具有相同传播方向，以及振动面正交的两束光，然后再选取振动方向相同的分量对其进行相应的叠加，最终产生干涉。这种方法通常被稱作偏振光干涉。在对该法进行应用的过程中，需要研究人员注意的一点是，经由激光器所发出的多种激光中，隶属于偏振光的为配有布儒斯特窗装置的激光器所发出的激光，其他激光则不属于偏振光；分振幅法主要指的是以光源为出发点，入射相应薄膜或透明板之中的光束，通过薄膜或透明板所固有的界面进行多次折射与反射，最终得出相应的投射相干光束以及反射相干光束的试验方法。正是由于上文所提及的相干光束是通过对入射光束进行分解而得出的，也就是说振幅平方与入射光束所对应的光强成正比，因此，该试验方法被称之为分振幅法[4]。较为常见的分振幅法为薄膜干涉；分波阵面法主要指的是通过划分的方式，使点光源所对应波面分解成为两个或多个不同部分，再将不同部分进行相干叠加之后产生干涉现象的方法。其中具有代表性的光的干涉例子当属杨氏双缝干涉法。
结论
综上所述，上文主要以现有研究技术与装置作为立足点，对光源在时间和空间方面所具有的性质进行了讨论，当然，对于实际存在的光场来说，其在时间和空间方面所具有的相干性通常情况下是并存的。通过上文的讨论可以发现，光的干涉对于光学研究工作的开展具有非常重要的意义，以干涉装置为例，在对光源所对应线度或是频谱进行研究的过程中，研究人员只有保证对干涉装置的准确应用，才能最大限度提升测量结果的科学性。
参考文献
[1] 顾铮，卜胜利，童元伟.浅析“光的干涉”中的光源性质及作用[J].大学物理，2013，04：53-56+65.
[2] 董磊.激光三维显示中散斑抑制及散斑测量[D].中国科学技术大学，2013.
[3] 王城.扩散电弧等离子体的实验研究及高强度光源的初步研究[D].中国科学技术大学，2015.
[4] 张洋.纳米二氧化钛降解空气污染物的研究[D].河南工业大学，2015.