光源的相干性分析与应用-工程光学课程设计

工程光学课程设计（论文）题目数字化分析光的相干性 学院物理与电子工程学院 光源的相干性分析与应用摘要：光的相干性是光学中的重要概念之一。相干效应可分为空间相干性和时间相干性，前者与光源的几何尺寸有关，后者则与光源的相干长度或单色性（带宽）有关。迈克耳逊干涉仪为测量时间相干性提供了一种方便的技术；空间相干性则由杨氏双逢实验作出了最好的证明。实际上许多光源都不是理想的点光源，而是有一定的几何尺寸的扩展光源，产生的光不可能是单色的。一般来说，我们可以这样认为，对普通光源（扩展光源）的相干性分析，同时也适用于点光源，最深层的精髓没有发生变化。本文介绍了用MATLAB仿真杨氏双缝干涉的实验，来数字化处理实验现象，以减少客观的误差对于整个实验的影响，方便同学们能够更好地了解。同时也着重介绍了迈克尔逊干涉仪工作的基本原理，时间相干性的基本概念以及用不同光源为例，简单的说明光源的时间相干性的问题。根据光源的一些特性，还有一些具体的应用，激光具有单色性，相干性等一系列极好的特性。比如激光的应用。激光在未来的发展过程中，将会有更大的发展前景。关键字：时间相干性；MATLAB；空间相干性；迈克耳孙干涉仪；激光目录引言1理论基础12.1相干时间和相干长度12.2空间相干性22.3时间相干性32.4相干性的描述42.4迈克尔逊干涉仪的工作原理4光源的相干性分析和应用53.1杨氏双缝干涉与空间相干性53.2迈克耳孙干涉仪与时间相干性83.2.1干涉条纹的可见度83.2.2不同的光说明时间相干性93.3应用10全文总结114.1主要结论114.2主要创新点12仿真代码12参考文献13。白光的等厚干涉条纹变化只有一次左右，除K≈1以外的干涉条纹，虽然人眼能看到各种颜色，但是它们的强度是相同的，因此在全色底片上就不会记录有更多级次的干涉条纹。3.3应用对于空间相干性和时间相干性的综合的应用，可能比较集中于光的干涉。光的干涉的产生条件，只有两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向一致的相干光源，才能产生光的干涉[11]。换句话说，即就是只有相干光才能够产生干涉现象，所以由两个普通独立光源发出的光，不可能具有相同的频率，更不可能存在固定的相差，因此，不能产生干涉。干涉的一些经典的应用，测距，测光谱，成像，产生超短脉冲，测波长，测厚度，测折射率，产生光孤子，测色散等。目前常用来测量长度的干涉仪，主要是以迈克尔逊干涉仪为主，并以稳频氦氖激光为光源，构成一个具有干涉作用的测量系统。激光干涉仪可配合各种折射镜、反射镜等来作线性位置、速度、角度、真平度、真直度、平行度和垂直度等测量工作，并可作为精密工具机或测量仪器的校正工作[12]。

现代工业需要满足日益严格的公差以及国际质量标准的要求，因此生产设备的工作性能受到前所未有的重视。为满足这一需求，研究人员利用激光的干涉原理推出了可以评估、监控并改善机器性能的两激光干涉测量系统，从而提高了生产力，缩短了停机时间，并使废品率降至最低。根据对光源相干性的一些了解，由于激光具有很好的单色性、相干性、方向性和高能量密度，它已渗透到各个学科领域，形成了新的学科。例如：激光信息存储与处理、激光材料加工、激光医学及生物学、激光通讯、激光印刷、激光光谱学、激光化学、激光分离同位素、激光核聚变、激光检测与计量及军用激光技术等，极地促进了这些领域的技术进步和前所未有的发展。第四章全文总结4.1主要结论在本学期的工程光学的学习和实验中，我接触到了迈克耳孙干涉仪和杨氏双缝干涉。同时在教师授课的过程中，对于光源的相干性有了一定的了解，时间相干性和空间相干性。结合课本上有限知识，对于已知且普通得两种实验中的现象进行了一些分析，利用杨氏双缝干涉装置，讨论了光源的线度对光场空间相干性的影响。对于时间的相干性，从以上对不同光源相干长度的讨论，可以看出，对于不同光源，它们的相干长度是不同的，它们的干涉条纹的可见度变化也是不同的，而利用迈克尔逊干涉仪恰恰可以典型的证明光源的时间相干性问题。通过对实验的现象的分析，进一步了解了谱线宽度与最大光程差之间的关系，对于我们理解时间相干性有很大的帮助。一切给予理论上的猜想结合实际的验证，才会更有说服力。从字面上理解时间相干性确实有那么一点的难度。通过此次课程设计，我不仅仅学到了专业方面的知识，看到了光学领域更广阔的发展空间，还学会了对学术研究的精神。要用严谨的态度对待科学，刻苦钻研基础知识，多了解多阅读课外知识，开阔眼界，多储备与自己专业相关的知识，充实自己。4.2主要创新点创新的基础就是把握现有的理论知识，在吸收理解的基础上，进行一些自我的改革。创新的目的是让理论在更复杂的实际情况中得到运用和普及。对于光源的相干性分析的话。本文的主要创新点，一般普通实验都是在现有的光学仪器上完成，但是误差可能会在很大程度上影响实验结果。为了减少客观误差对实验的影响，笔者可以通过对光源空间相干性和杨氏双缝干涉的原理的了解，通过MATLAB软件来模拟出相同条件下，由电脑软件给出的实验现象。这样做的话基本上可以避免因为环境问题和人眼观察的误差等其他客观条件对于实验的影响，当然前提是要程序编写正确。上文对于模拟出来的一些图像进行了一些客观的分析，同时也是跟理论推导是相互结合的，来证明软件的可靠性。同时，实验上，调整参数的时候，可能会导致许多其它问题，尤其是在观察干涉条纹的时候，仪器台稍微的晃动，就可能导致实验的失败。软件模拟和光学仪器的创造性的结合，一方面节省时间和精力，另方面还可以减少误差给我们带来的困扰。在对时间相干性的分析中，迈克耳孙干涉仪是必要的。通过改变光源的属性和一些实验仪器的些许变化，可以得出一些实验现象。白光和钠光的两种例子应该可以避免由于单一实验对象对于实验结论的影响，增大该结论的可信性。在白屏上，两种情况下的干涉条纹也是很不同的，这些差异在一些方面可以看出谱线长度跟时间相干性的一些影响。干涉条纹的种种不同，以及不同类型光源给了我们很好地理由来进行细致的分析。附仿真代码：clearlam=300e-9;%设定波长，以lam表示波长d=2e-3;D=1;%d表示缝宽，D表示缝到屏幕的距离ym=5*lam*D/d;%设定y方向的范围xs=ym;%设定x方向的范围n=101;ys=linspace(-ym,ym,n);fori=1:nr1=sqrt((ys(i)-d/2).^2+D^2);r2=sqrt((ys(i)+d/2).^2+D^2);%利用杨氏干涉理论的公式，计算屏幕上的每一点到双缝的距离r1和r2phi=2*pi*(r2-r1)./lam;%计算各波长的相位差B(i,:)=sum(4*cos(phi/2).^2*(sin(pi*b/lam*sin(ys(i)./D))/(pi*b./lam*sin(ys(i)./D))).^2);end%结束循环N=255;%确定用的灰度等级为255级Br=(B/4.0)*N;%使最大光强对应于最大灰度级subplot(1,2,1)image(xs,ys,Br);%画干涉条纹colormap(gray(N));subplot(1,2,2)plot(B,ys);%画出光强变化曲线参考文献[1]谢敬辉，赵达尊，阎吉祥．物理光学教程[M]．北京：北京理工大学出版社，2005[2]姚启均.光学教程(第2版)[M].北京:高等教育出版社，2002[3]马文蔚，解希顺，谈漱梅，等．物理学[M]．北京：高等教育出版社，2002[4]孙柏忠．物理光学[M]．武汉：华中理工大学出版社，1989[5]郁道银，谈恒英．工程光学[M]．第1版．北京：机械工业出版社，2003[6]杨述武等.普通物理实验3光学部分（第四版）.高等教育出版社，1983[7]祝家清.自由电子激光引论[M].武汉:湖北教育出版社，1994[8]吴锡珑.大学物理教程第三册（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2002.§20-5迈克尔逊干涉仪，时间相干性.[9]符运良，MATLAB在光学教学中的应用[J].华南热带农业大学学报，2004[10]尤金·赫克特.光学[M].北京:北师大出版社，1983[11]母国光.光学[M].北京:人民教育出版社，1979[12]钱峰，潘人培.大学物理实验（修订版）[M].北京：高等教育出版社，2005[13]祝继彬．提高迈克耳逊干涉仪灵敏度及精度的可能性[J]．光学学报，1982[14]蒋礼，罗少轩，阳艳，等．用迈克尔逊干涉仪测量全息干板膜厚[J]．应用光学，2006基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发锅炉的单片机控制系统基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制一种RISC结构8位单片机的设计与实现HYPERLINK"/detail.htm?389