资源描述：
《混沌光的杨氏干涉、衍射条纹及光栅的研究new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、-13-混沌光的杨氏干涉、衍射条纹及光栅的研究（西南交通大学李苓学号：200915062009机械茅班）摘要:提出了混沌光的一种理想的微观模型,在此基础上运用统计方法推出了混沌光束杨氏干涉条纹的强度空间分布及可见度,进而用矢量法研究了混沌光经单缝的衍射效应，并进一步将其考虑在杨氏干涉中，而且在此基础上研究了混沌光的光栅衍射，最后用DTP平台描述所研究的干涉、衍射图像，上述研究巧妙地给出了一幅从微观到宏观的清晰物理图像.关键词:波列;随机;无规分布;混沌光束;衰减;统计;矢量法;目前一般光学教材普遍存在着没有将由混沌光源(如钠光灯
2、)获得相干光的微观机制与其定量的宏观干涉、衍射强度空间分布统一起来的问题.因而有必要对混沌光源发出的混沌光束微观机制建立一个理想微观模型,在此基础上运用统计方法计算干涉场空间分布及可见度,矢量法计算衍射光强,以便给出一幅从微观到宏观的物理图像.我的创新点:利用原文提出的混沌光束的微观模型及衰减因素的考虑，用矢量法研究了微观混沌光的衍射效应，建立单缝及光栅衍射模型，并将衍射效应考虑到原文所研究的杨氏干涉中，对其研究成果进行了完善，更重的是通过DTP平台将其研究结果用动态的图像呈现出来，其中各种因素包括距离、辐射波列的原子个数、波列
3、的频率和振幅等可调，可通过图像明了的观察到其各自对光强的影响.总之，本文在其原方法及模型的基础上对其结果进行了补充完善，并呈现了自己的创新特色.1、准单色混沌光束的理想微观模型在一个准单色混沌光源(如钠光灯)内考察其中任一个特定原子发光过程,该原子受热、电作用会随机的断续向外“自发”辐射(每次辐射时间一般不大于S,如钠原子~S)频率为一列列有限长等振幅正弦波列,但由于“自发辐射的随机性,各波列的初位相是无规分布的.单原子辐射的波列及初位相是无规分布概略于图1、2,如下所示.-13-图1单个原子辐射波列的电场振幅,为表明各波列初位
4、相无规变化,所取的量远小于真实值(如钠原子——一个波列含有周期振荡数)图2相应图1各波列初位相随t无规分布关系在图1和图2中的电场振幅可用复数形式表示为.(1)混沌光源大量原子向外辐射所有波列的集合叠加为混沌光.综上所述可给出准单色混沌光束理想微观模型为:准单色混沌光束为大量的初位相无规分布的同频率、等振幅的有限长正弦波列构成的集合.2、混沌光束的杨氏干涉条纹实验研究设t时刻有大量的个原子辐射波列传播到空间某点,则该点的总电场振幅为.(2)为简单起见假定所有波列具有同一振动方向(此假设并不影响后面的问题的讨论,因任一矢量均可向两
5、个特定互垂主向投影,其中任一特定方向的混沌场具有上述表达形式).故由方程(2)知实电场由受到随机的振幅和位相调制的频率为的载波组成.混沌光束的杨氏干涉条纹为一个简单的实验例子,它的处理方法说明了一些普遍性原理,而这些原理对整个这一类实验来说都是共同的.下面通过对杨氏实验的分析来定量计算混沌光束光强的空间分布及影响可见度条件.图3是杨氏实验的简化描述.由一点光源发出的混沌光束通过透镜成平行光,然后垂直照射到两针孔的屏一上,在位于第一个屏后边的第二个屏上会看到干涉条纹.这一实验模式忽略了由于光源的有限直径及因此使照射到第一个屏上光束
6、不完全平行等所引起的复杂问题,以便把注意力集中到上述要讨论的问题.-13-图3理想的杨氏干涉实验各部件的安排设为t时刻在观察屏上处辐射的总电场,则该电场是两个小针孔(位于和)在较早时刻t1和t2时的电场线性叠加,因此有（3）其中,.（4）此处、作用同、,用于相位差的获得,同时系数与分别与和成反比,但由于从小孔辐射的次波与原入射光束有位相差,因此与是纯虚数,同时下面讨论也忽略了针孔衍射效应.杨氏干涉实验中的条纹常用照射相底片记录,或用肉眼观察,因此在这两种情况下,记录时间T比混沌光的相干时间大得多,即实验的光强度为T时间内平均光强
7、,形式为（5）可以看出,在第二个屏上的平均光强包含三项贡献,前面两项表示每个小针孔单独存在时在屏二r处产生的光强,这两项没有干涉效应.-13-条纹由包含两针孔处声强的第三项干涉项引起的.下面给出具体表达式:（6）这是因为从不同原子发出的波列的初位相有不同的无规值,因此交叉项给出的平均贡献为零,同理得（7）由方程（4）可得（8）（9）为计算余下项的平均值,现换个角度考虑问题.由于混沌光束的连续性,可将T时间内该混沌光束中的波列分成列首尾相接的连续长波列(每个长波列长度为简单起见,令为整数,则).由于其混沌性知每个长波列的平均贡献是
8、等价的.因而有:（10）其中-13-（11）因而（12）且由方程(5),(6),(7)和(12)得干涉条纹强度分布为（13）在第二个屏上条纹可见度按惯例定义为（14）下面是DTP平台对式（13）即杨氏干涉条纹的描述-13-由于考虑距离因素即、和式中线性衰减项的影
