物理科学与信息工程学院一、相干与不相干叠加 如果两波频率相等,在观察时间内波动不中断,而且在相遇 处振动方向几乎沿着同一直线,那末它们叠加后产生的合振动 可能在有些地方加强,在有些地方减弱。 这种强度按照空间周期性变化的现象称为干涉。我们说两波 相干,这样的叠加称为相干叠加。在叠加区域内,振动强度出 现周期性分布的整体图像,称为干涉图样。 (Interference light)5.2 相干叠加与非相干叠加 相干条件 物理科学与信息工程学院在现实生活中,经常会遇到这种情况,例如: 两盏灯同时照射到同一平台,总是照度到处都加 强了,其值等于两盏灯照度之和,没有一处照度 减弱。观察不到干涉图样,这样的两波称为不相 干。这样的叠加称为非相干叠加。 波动是振动在空间的传播,因此两列光波的叠 加问题可以归结为讨论空间任一点电磁振动的叠 加,为什么两波相遇进行叠加时会出现相干叠加 或非相干叠加?为此我们回顾一下简谐振动的合 成问题。 物理科学与信息工程学院设两个沿着同一直线振动的简谐振动,其频率相 同,但相位不同,如下式所示: 物理科学与信息工程学院初相位由下式决定: coscos sin sin 因为振动的强度正比于振幅的平方,一般情况下两个振动叠加时,合振动的强度不等于分振动强度 之和。 对于光波来讲,由于光频很高,而探测器都有一 定的响应时间(人眼约0.1秒,光电探测仪器最快约 2ps),实际观察到的总是在较长时间内的平均强度。 物理科学与信息工程学院在某一时间间隔 (其值远大于光振动的周期 T,例如可见光波段,T约为10 -15 s),则合振动 的平均相对强度为: 物理科学与信息工程学院如果在观察时间内,振动时断时续,(光源的发生 就属于这种情况),以至它们的初相位各自独立地做 规则的改变,概率均等在观察时间内多次经历从0到2之间一切可能值。 非相干叠加dt 合振动的平均强度等于分振动强度之和。其干涉项的平均值为0,两振动叠加后没有强度减 弱的情况,此即非相干叠加。 物理科学与信息工程学院如果在观察时间内,两电磁振动各自连续进行, 并不中断(这种观察在光学中很少遇见) 它们初相位差,也就是说任意时刻的相位差,始终保持不变,与时间无关。 相干叠加10 物理科学与信息工程学院 称为干涉项。如果两振动相位差 则合振动的强度为合振动平均强度达到最大值,称为干涉相长。 合振动的平