定义
与波叠加相关的一系列现象。
光学中的干涉是当两个或多个光束叠加时可能发生的效应。 更准确地说,要发生干扰,必须满足几个条件:
- 两个光场的空间和时间重叠
- 两个光场的相位相干性
- 非正交偏振态
图1:驻波干涉图(显示光学强度)来自两个椭圆高斯光束在一定角度下的叠加。
如果这些条件都满足,则产生的总光场的光强度不等于叠加光束强度的总和。 相反,它的复振幅是叠加光束振幅的总和。
例如,两个强度相等的光束的振幅可能在某个位置具有相反的符号,因此它们可以相互抵消(相消性干涉)。 另一方面,在两个贡献(相长干涉)的相等符号(相等相位)下,总强度可以是单光束的四倍(而不是两倍)。
尽管如此,在任何情况下,总能量都是守恒的。 例如,如果将两个强度、频率和偏振相等的光束叠加在光束之间有一定角度的屏幕上,则会出现由亮条纹和暗条纹组成的干涉图案(见图1)。 它被称为驻波模式,因为尽管光波以高速移动,但总光强度的最小值和最大值可以保持在它们的位置。
图2:两个圆波叠加的快照。
图2显示了两个频率相同但源点不同的圆波的叠加。 它显示一个快照,即某个特定时刻的字段分布。 随着时间的推移,空间模式会远离点源。
通过平均一个振荡周期内对应于该图样的光强度,得到图3中的干涉图。 所以这也是一种驻波模式。
图3:时间平均强度模式。
多模光纤中也会出现干涉效应。 图4显示了在输入面上扫描单色输入光束时多模光纤的模拟输出强度曲线。
<>图4:多模光纤末端的强度曲线,显示为动画图形。 高斯输入光束通过水平线(略高于光纤芯的中心)进行扫描。 该模型是使用RP 光纤电源软件制作的,并在单独的页面上进行了更详细的描述。
对于单色光,通常(并且最容易)观察到干涉效应,但单色性并不是严格的先决条件。 臂长差接近于零的干涉仪甚至可以显示宽带光的干涉。 这方面的一个例子是著名的Michselson-Morley实验,它是用宽带光进行的。
通常需要波动光学来描述干涉效应;几何光学或光子作为光粒子的简单图片不适合这样做。
干扰效应的重要性
干涉现象在一般的光学和激光物理学中都非常重要。 一些例子:
- 干涉控制着干涉仪的操作,干涉仪在广泛的应用中以多种变体使用,并且是全息术的基础。
- 干涉基本上涉及空间空穴燃烧的影响,例如在激光增益介质中。
- 干扰是光学计量中检测节拍音符的基础。