干涉光變場(chǎng)現(xiàn)象論文

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1、干涉光變場(chǎng)現(xiàn)象論文干涉光變場(chǎng)現(xiàn)象論文　　概述：本文在揚(yáng)氏干涉基礎(chǔ)之上，增加了一個(gè)成像光學(xué)系統(tǒng)，以實(shí)驗(yàn)觀測(cè)雙相干光源成像的位置變化和能量分布變化，從中得到一個(gè)值得再探討的新現(xiàn)象?！　￡P(guān)鍵字：干涉、成像、分離、變場(chǎng)　　19世紀(jì)的揚(yáng)氏干涉實(shí)驗(yàn)對(duì)后世的物理學(xué)影響極大，至今它仍是物理學(xué)中的一個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。對(duì)于揚(yáng)氏干涉實(shí)驗(yàn)，人們一直是將雙相干光投射到相干區(qū)內(nèi)，以觀察干涉的明暗條紋。我們普遍認(rèn)為(1)式成立?！　?1)　　式中：和是單縫場(chǎng)?！　『褪请p縫場(chǎng)?！　?2-1)　　(2-2)　　參見(jiàn)圖一。請(qǐng)參考有關(guān)資料?！　?shí)際上，我們并沒(méi)有什么理由認(rèn)為(2)成立，而將(2)的成立認(rèn)為是“默

2、認(rèn)的、應(yīng)該的”?！　‖F(xiàn)在，我們將這個(gè)實(shí)驗(yàn)加以引申，采用成像的方法，即采用光束“分－合－分”的方法，將相干區(qū)內(nèi)的相干光分離成像，并觀察干涉光分離后的成像位置和能量分布狀況。作者從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果中，得出了一些新現(xiàn)象。　　一、揚(yáng)氏干涉中的場(chǎng)分布　　揚(yáng)氏干涉如圖一中(a)。按照光的波動(dòng)說(shuō)：縫光源A和B在空間中傳播的電磁場(chǎng)分布值，不會(huì)隨光源A或B的存在與否而變化，即從A和B所發(fā)出的光波在整個(gè)光路傳播過(guò)程中是相互獨(dú)立的。這樣，單縫場(chǎng)和被認(rèn)為與雙縫場(chǎng)和是相同的，如圖一中(b)和(c)。參見(jiàn)(1)式。　　圖二干涉光的成像分離　　我們?cè)诟缮鎱^(qū)后增加一個(gè)正透鏡，用于對(duì)逢AB進(jìn)行成像，如圖二。

3、這樣單縫成像和雙縫成像的像A`或B`位置和能量分布是不變的。它們分別由和決定，也可以說(shuō)由和決定?！　〉?，在實(shí)際中，像A`或B`的特性是變化的，(1)式并不成立，即：　　(3)　　式中：，　　由于這種在干涉區(qū)內(nèi)的電磁場(chǎng)分布發(fā)生了變化，導(dǎo)致像位置和能量分布是變化的，我們不妨將這種現(xiàn)象稱之為“變場(chǎng)”。這種變化量有多大？下面的干涉光源的成像實(shí)驗(yàn)可以證明這種現(xiàn)象的存在?！　≡谡撌龉鈱W(xué)系統(tǒng)中干涉光源的成像問(wèn)題之前，我們先回顧一下目前有關(guān)光學(xué)理論的成像原理?！　《⑽锕庠丛诠草S球面系統(tǒng)中的成像規(guī)律　　圖三雙縫光源A和B成像光學(xué)圖　　?物體或像箭頭由紙面向上a物體或像箭頭向紙面里　

4、　按高斯光學(xué)，物空間中的一個(gè)點(diǎn)、一條直線或平面經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后，在像空間中有其一一對(duì)應(yīng)的點(diǎn)、線或面存在。例如，有縫光源A、B和正透鏡L組成一個(gè)成像光學(xué)系統(tǒng)，L的焦距為f[正透鏡為圓形，在空氣介質(zhì)中]，物、像距離正透鏡L的物、像方主平面K和K’分別為u和v，如圖三?！　≡趫D三中，縫A、B對(duì)稱垂直于主光軸Z，但不與主光軸Z相交，且偏離主光軸Z都為d。定義AB縫所在平面為Q面。我們?cè)赒面上建立x-y坐標(biāo)系，y軸平行于光縫，x軸方向向紙外且垂直于主光軸Z，其坐標(biāo)原點(diǎn)在主光軸Z與Q面的交點(diǎn)上，如圖三中(a)?！　≡诰嗾哥R主平面K前(左側(cè))s處取一平面P，P面與主光軸Z垂直，則P面

5、到Q面的間距為。在P面上建立x-y坐標(biāo)系，如圖三中(b)，圖中x軸方向向紙外，y軸平行于AB縫，并且方向相同，其原點(diǎn)在主光軸Z上?！　⊥瑯樱谙衿矫鍾上建立x-y坐標(biāo)系，如圖三中(c)?！　“凑諑缀喂鈱W(xué)來(lái)說(shuō)：不論雙縫光源A和B是相干光或非相干光，它們?cè)谙窨臻g中所成像的特性[像位置和像的能量分布]不變，這是由光線傳播過(guò)程中的三個(gè)基本定理決定的：直線傳播定理、獨(dú)立傳播定理、反射和折射定理。另一方面，按照光的波動(dòng)說(shuō)：縫光源A和B在物空間和像空間中傳播的電磁場(chǎng)分布值，不會(huì)隨光源A和B的相干性與否而變化，即從A和B所發(fā)出的光波在整個(gè)光路傳播過(guò)程中是相互獨(dú)立的，在空間任意一點(diǎn)的總

6、場(chǎng)值是兩者之和。設(shè)p(x,y)為P平面上任意一點(diǎn)，如圖三中(b)。定義它們的各自波動(dòng)方程為：　　A縫光源在p(x,y)點(diǎn)的波動(dòng)方程：(4)　　B縫光源在p(x,y)點(diǎn)的波動(dòng)方程：(5)　　波函數(shù)EA(t)經(jīng)正透鏡L后，會(huì)在像空間的成像平面R上的xA處成倒像A’，像A’的特性只與(4)式有關(guān)，而與(5)式無(wú)關(guān)，如圖三中(c)；同樣波函數(shù)EB(t)在像空間R平面上的xB處成倒像B’，像B’的特性只與(5)式有關(guān)，而與(4)式無(wú)關(guān)。重申：(4)式和(5)式描述的場(chǎng)分布是相互獨(dú)立的?！　∧敲矗赑面上的相干光EA和EB的相位差δ為：　　(6)　　式中：Δ是光程差　　圖四QPR

7、平面上的光源圖、干涉圖和成像圖　　當(dāng)我們?cè)赑面上加入光闌，并限制部分EA和EB的能量通過(guò)后，EA和EB同樣會(huì)在像空間內(nèi)的R平面上x(chóng)A、xB處成倒像A’和B’，這是由于光在傳播過(guò)程中的獨(dú)立性所決定的。　　我們可以畫出在Q面上AB縫光源的位置，如圖四中(a)?！　D中：w為A和B的縫寬　　h為A和B的縫高　　2d為AB雙縫內(nèi)邊間距，2d的中心在x-y坐標(biāo)系的原點(diǎn)上　　假設(shè)AB縫在P面的干涉條紋如圖四中(b)?！　D中：Dx為相鄰干涉極大值或極小值的間距　　Dy為單亮紋或暗紋的高度　　光闌的寬度為a，高度為b　　我們可以畫出相干光縫AB在P面x軸上的電磁場(chǎng)