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时间相干性

下一节:空间相干性

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时间相干性课程教案、知识点、字幕

同学们好

前面我们讲过了

条纹的衬比度

跟它两个光强的振幅之比有关

除此之外我们说

还跟光源的单色性

跟光源的尺寸大小有关

下面我们就来看看

关于光源的单色性的问题

时间相干性 第4节

我们说光都是非单色的

我们所说的理想的单色光

经常用一个cos余弦曲线来表示

如果画起波形图来的话

那么就是一个余弦曲线

这个余弦曲线你看

我这两边都画的虚线

这是什么意思呢

表示如果是个单色光的话

这个余弦曲线

应该是没有头没有尾无限长

这才叫cos 才叫余弦曲线

那么如果是个有限长的话呢

它显然不是一个单色光

按照大家数学微积分里头学的

按照傅立叶分析的办法

它应该有一定的频率宽度

或者说它的波长不是一个确定的波长

而是有一定的范围

这就是光的非单色性

所以实际的光源

我们说它只能是个准单色光

它的谱线是有一定的宽度的

那么这里就是我们画的谱线宽度的意思

纵坐标是光强 横坐标是λ

什么叫准单色光

准单色就是在某个中心波长λ附近

它的波长有一定的范围

那么这个范围多大呢

我们一般就叫Δλ

Δλ的定义是在光强为总光强

最大光强一半的时候作为它的Δλ

那么这个地方的波长

称之为λ0-Δλ/2

而这部分的波长称之为λ0+Δλ/2

造成谱线宽度的原因究竟是什么呢

有很多

首先一个叫自然宽度

我们所说的

光从上能级跃迁到下能级

其实它的上能级也好 下能级也好

都是有一定的宽度的

那么从这个有一定宽度的能级

跃迁到另外一个有一定宽度的能级

它的频率是有一定的范围的

这个频率的变化范围

我们就可以用(ΔEi+ΔEj)/h来表述

这是第一种原因

第二个原因是多普勒增宽

我们在波动里头

曾经讲过多普勒效应

由于运动有速度

分子原子它的平均速度很大

那么它就会有一定的频率的加宽

它的频率就不唯一

这个取决于什么呢

取决于它的温度

所以随着温度的上升

多普勒效应速度就加快

造成了它的频宽

也就是说它的Δv也要增大

这也是一种加宽

自然谱线的宽度

第三种谱线宽度造成的原因

是碰撞加宽

由于分子 原子发光的过程中间

它不断的跟其它地方发生碰撞

跟其它的原子或者跟器壁发生碰撞

而这个发光的频率的谱线的加宽

取决于它的碰撞频率

平均碰撞频率

而平均碰撞频率的话

又跟在一定的温度情况底下的压强有关

所以随着压强的增加

它的谱线的宽度也会增加

这些就是造成谱线宽度的原因

那么这些非单色性或者说谱线加宽

对干涉条纹会产生什么影响

或者说对它的衬比度

会产生什么影响呢

我们可以看到

由于我这个波是个准单色波

它有一定的Δλ的宽度

那么它的波长最高的分量是λ+Δλ/2

波长短的最低的分量是λ-Δλ/2

我们看到在零级条纹的时候

它们是重合在一起的

由于波长长的分量

它的条纹的间隔要大

所以到一级的时候

波长长的就开始远了

到二级的时候

它跟波长短的分得更开了

到波长长的那个分量五级的时候

在这张图上

跟波长短的那个分量的六级

就重合在一起了

这是Δλ的最大部分跟最小部分

中间那些部分它们的条纹

将填在它们分开的这个中间

所以它总的光强就变成这么一种样子

刚开始0级1级的时候

还能分清楚

到后来5级6级以后

它就完全是一个均匀的光强

就变成非相干了

我们假设

能够产生干涉的最大级次是kM

那么应该有kM乘以λ+Δλ/2

就等于(kM+1)(λ-Δλ/2)

又由于我这里的λ是比Δλ

是远远来得大的

所以我从这里很容易得到的结论

能够产生干涉的最大级次是kM

那么kM=λ/Δλ

那么为了描述这件事情

我们引进了相干长度

跟相干时间的概念

什么叫相干长度呢

相干长度就是说

能够发生干涉的最大波程差

叫相干长度

那么刚才我们说

能够发生干涉的最大级次是kM

是相干长度就是kM乘以λ

所以δM等于kMλ

那么就等于λ的平方/Δλ

这里的λ当然就是中心波长

我们还可以这么来理解

当你这个光从x出发

我把它分波面一个是c1一个是c2

分别从S1从S2出发

b1b2它们走过不同的路程

最后到达P点a1跟a2这两段波

在这里相遇了

那么这个波是能够相互叠加的

咱们叫能干涉的情况

如果它的波程差变大了

像这种情况同样是c1c2出来

到S1S2也变成b1b2

往外传播到达P点这个的时候

a1跟a2不再相遇

当a1离开的时候a2才到达

这种情况我们称之为不能干涉

不能相干

所以波列长度实际上就是相干长度

只有同一列波分成两个部分

经过不同路程再相遇时候

才能发生干涉

这就是我们对干涉

为什么能产生干涉的理解

一定是同一列波分成两个部分

经过不同的路程再相遇

才能发生干涉

相干时间

相干时间指的是

光通过相干长度所需要的时间

叫相干时间

那么相干时间τ就等于δM/c

那么随着我这个谱线的宽度的降低

Δλ减小

那么相干长度就会提高

相干时间也会增长

所以时间相干性的好坏

就是用相干长度

波列长度或者相干时间

波列延续时间τ的长短来衡量

所以光的单色性好

或者说相干长度跟相干时间就长

那么时间相干性就好

这些概念是统一的

这堂课我们就讲到这里

大学物理2 (电磁学、光学和量子物理)课程列表:

WEEK1

-电荷和库仑定律

--引言

--电荷

--库仑定律

-WEEK1--电荷和库仑定律

-电场及叠加原理,电偶极子

--电场和电场强度

--点电荷电场及叠加原理

--点电荷电场及叠加原理(续1)

--点电荷电场及叠加原理(续2)

--点电荷电场及叠加原理(续3)

-WEEK1--电场及叠加原理,电偶极子

-高斯定律

--电通量

--立体角*

--高斯定律的证明*

--高斯定律和电场线

--高斯定律的应用

--高斯定律的应用(续)

-WEEK1--高斯定律

-WEEK1--本周作业

-week1课件

WEEK2

-静电场环路定理、电势和叠加原理

--环路定理

--电势和叠加原理

--电势和叠加原理(续)

--电势梯度

--等势面

-WEEK2--静电场环路定理、电势和叠加原理

-静电能

--电荷系静电能

--电荷系静电能(续1)

--电荷系静电能(续2)

-WEEK2--静电能

-导体静电平衡

--物质中电场

--导体静电平衡

--导体静电平衡条件(续1)

--导体静电平衡条件(续2)

-WEEK2--导体静电平衡

-WEEK2--本周作业

-week2课件

WEEK3

-导体周围电场

--有导体时静电场的计算

--有导体时静电场的计算(续)

-WEEK3--导体周围电场

-静电屏蔽

--导体壳与静电屏蔽

-WEEK3--静电屏蔽

-电容及电容器

--电容及电容器

--电容及电容器(续)

-WEEK3--电容及电容器

-电介质

--介质对电场的影响

-WEEK3--电介质

-极化强度矢量,极化电荷

--极化强度

--极化电荷

-WEEK3--极化强度矢量,极化电荷

-WEEK3--本周作业

-week3课件

WEEK4

-极化规律、电位移矢量

--电介质的极化规律

--电介质的极化规律(续)

--电位移矢量及其应用

--电位移矢量及其应用(续)

-WEEK4--极化规律、电位移矢量

-有介质时静电场能量

--有介质时静电场能量

-WEEK4--有介质时静电场能量

-电流密度、稳恒电流和稳恒电场

--电流密度

--稳恒电流和稳恒电场

-WEEK4--电流密度、稳恒电流和稳恒电场

-电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律

--电动势

--欧姆定律

--欧姆定律(续)

-WEEK4--电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律

-电流微观图像和暂态过程

--电流微观图像

--电容器的充放电(暂态过程)*

-WEEK4--电流微观图像和暂态过程

-本周作业

--week4--本周作业

-week4课件

WEEK5

-洛仑兹力、磁感应强度

--电流磁效应

--磁场和磁感应强度

-WEEK5--洛仑兹力、磁感应强度

-毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理

--毕-萨-拉定律

--毕-萨-拉定律(续)

--磁场高斯定律

-WEEK5--毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理

-静磁场环路定理

--安培环路定理及其应用

--安培环路定理及其应用(续1)

--安培环路定理及其应用(续2)

-WEEK5--静磁场环路定理

-安培力和霍尔效应

--带电粒子在磁场中的运动

--霍尔效应

--安培力

-WEEK5--安培力和霍尔效应

-WEEK5--本周作业

-week5课件

WEEK6

-载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩、磁矩

--载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩

-WEEK6--载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩、磁矩

-磁介质对磁场的影响和原子磁矩

--磁场中的磁介质

--原子的磁矩

-WEEK6--磁介质对磁场的影响和原子磁矩

-磁化强度矢量、磁化电流和磁场强度H及其环路定理

--磁介质的磁化

--磁化电流

--有磁介质时磁化的规律

-WEEK6--磁化强度矢量、磁化电流和磁场强度H及其环路定理

-WEEK6--本周作业

-week6课件

WEEK7

-铁磁介质和简单磁路

--磁场的界面关系

--铁磁性材料

-WEEK7--铁磁介质和简单磁路

-法拉第电磁感应定律

--法拉第电磁感应定律

--电磁感应定律和磁通连续定理的普适性

-WEEK7--法拉第电磁感应定律

-动生电动势和感生电动势、感生电场和涡流

--动生电动势

--感生电动势和感生电场

--涡电流

-WEEK7--动生电动势和感生电动势、感生电场和涡流

-自感和互感

--自感

--互感

-WEEK7--自感和互感

-WEEK7--本周作业

-week7课件

WEEK8

-暂态过程和磁场能量

--RL电路的暂态过程

--磁场的能量

-磁场和电场的相对性

--电场和磁场的相对性

-位移电流和麦克斯韦方程组

--麦克斯韦方程组和电磁波

--麦克斯韦方程组

-WEEK8--位移电流和麦克斯韦方程组

-电磁波、坡因廷矢量和光压

--电磁波

--坡印廷矢量

--电磁波的动量

--光压——辐射压强

-本周作业

--week8--本周作业

-week8课件

WEEK9

-波动光学—引言

--波动光学——引言

-WEEK9--波动光学—引言

-杨氏双缝干涉、相干光

--光的干涉

--双缝干涉

-WEEK9--杨氏双缝干涉、相干光

-光源及发光性质

--光源的发光特性

--时间相干性

--空间相干性

-WEEK9--光源及发光性质

-光程、等倾和等厚干涉

--光程

--薄膜干涉(一)

--薄膜干涉(二)

-WEEK9--光程、等倾和等厚干涉

-迈克耳逊干涉仪

--迈克耳逊干涉仪

-WEEK9--本周作业

-week9课件

WEEK10

-衍射现象、单缝夫琅禾费衍射

--惠更斯原理

--单缝夫琅禾费衍射

--单缝夫琅禾费衍射(续)

-WEEK10--衍射现象、单缝夫琅禾费衍射

-光栅衍射

--光栅衍射

--光栅衍射(续)

-WEEK10--光栅衍射

-光学仪器分辨本领

--光学仪器的分辨本领

--光学仪器的分辨本领(续)

-WEEK10--光学仪器分辨本领

-X射线晶体衍射

--X射线的衍射

-WEEK10--X射线晶体衍射

-WEEK10--本周作业

-week10课件

WEEK11

-光的偏振状态和偏振片

--光的偏振状态

--光的偏振状态(续)

--起偏和检偏

-WEEK11--光的偏振状态和偏振片

-反射和折射光偏振

--反射和折射及散射光的偏振

-WEEK11--反射和折射光偏振

-晶体双折射、波片

--双折射

--双折射(续)

--波片

-WEEK11--晶体双折射、波片

-偏振光干涉、人工双折射和旋光

--偏振光的干涉

--人工双折射

--旋光现象

-WEEK11--偏振光干涉、人工双折射和旋光

-量子物理诞生和黑体辐射

--量子物理

--黑体辐射

-WEEK11--量子物理诞生和黑体辐射

-WEEK11--本周作业

-week11课件

WEEK12

-光电效应、光子和康普顿效应

--光电效应

--光子

--光子(续)

--光子(续2)

--康普顿效应

-WEEK12--光电效应、光子和康普顿效应

-物质波、波函数和概率密度

--物质波

--波函数

--波函数(续)

-WEEK12--物质波、波函数和概率密度

-不确定性关系

--不确定关系

-WEEK12--不确定性关系

-薛定谔方程

--薛定谔方程

-WEEK12--薛定谔方程

-一维无限深势阱

--一维无限深势阱

-WEEK12--一维无限深势阱

-WEEK12--本周作业

-week12课件

WEEK13

-一维问题

--一维谐振子

--势垒穿透

--扫描隧道显微镜

-WEEK13--一维问题

-氢原子能级和角动量

--原子中的电子

--玻尔理论发展的基础

--氢原子的量子力学处理

--能量量子化

-WEEK13--氢原子能级和角动量

-电子自旋、费米子和泡利不相容原理

--电子自旋与自旋轨道耦合

--碱金属原子光谱的双线

--微观粒子的不可分辨性

--各种原子核外电子排布

-WEEK13--电子自旋、费米子和泡利不相容原理

-WEEK13--本周作业

-week13

WEEK14

-X射线、激光、分子光谱简介

--video

--Video

--分子光谱简介

--激光

--光学谐振腔

-WEEK14--X射线、激光、分子光谱简介

-固体电子气模型和量子统计

--固体

--自由电子气体模型

--量子统计

-WEEK14--固体电子气模型和量子统计

-能带模型

--能带

-能带模型--作业

-本周作业

--WEEK14--本周作业

-week14

WEEK15

-半导体和PN结

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-WEEK15--半导体和PN结

-原子核性质、核磁共振

--Video

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--Video

-WEEK15--原子核性质、核磁共振

-放射性和衰变规律

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--α衰变

--穆斯堡尔效应

--β衰变

-WEEK15--放射性和衰变规律

-结合能、核力

--核的结合能

--核力

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-粒子物理简介

--基本粒子

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-本周作业

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期末考试

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