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激光干涉周期性---是否存在?
[楼主] 作者:yanghx  发表时间:2003/05/17 20:52
点击:425次

相干长度:
ΔL=(λo)^2/Δλ
(其中:λo为光源中心波长,Δλ为光源带宽)

显然相干长度与激光波长λo、带宽Δλ相关,
不过现在的书籍和资料里好象都没有说过激光干涉的周期性问题,
可是我在自制的激光迈克尔逊干涉仪上看到了明显的“干涉周期性”,
关键是“相干光强”要小一点,才能看的比较清楚,

迈克尔逊干涉仪的特点是:
“在光程差ΔL=0时,干涉条纹有最大的对比度”(见附文),
随着光程差ΔL的增加,干涉条纹会逐渐变得模糊,
如果“相干光强”较弱,干涉条纹甚至会近乎消失,

但是如果继续同方向增加光程差ΔL(可见光范围是数毫米左右),
干涉环又会重新出现,而且逐渐变得清晰---高对比度,
(只是中心环直径变小了一点)
我观察到在光程差ΔL=0的前、后各重复出现了10多次,
这是怎么回事呢?
书上实在找不到答案,想请教一下各位,
或者能否帮验证一下这种“干涉周期性”?

关键是“干涉光强”要尽量弱一点,
干涉光强度能增加干涉长度(见附文),
使得这种“干涉周期性”变得迟钝、不明显,
于是在小带宽和高干涉光强下得到了看似连续的长“干涉长度”?

******************************************************
附文:

OCT系统的工作原理:
低相干干涉仪的主体为光纤迈克尔逊干涉仪,
只是所用的光源不是窄线宽光源(如激光) ,而是宽带光源,
一般采用超发光二极管或脉冲激光器。
其相干长度按照ΔL=(λ0)^2/Δλ(其 中λ0为光源中心波长,Δλ为光源带宽) 计算。
只有当干涉仪的两臂光程差在相干长度之内时,才会出现干涉条纹,
光程差超过ΔL 时,干涉条纹消失,如图2所示。

========================================
在光程差ΔL=0时,干涉条纹有最大的对比度。
========================================

这就保证了 对样品背散射光的探测,
只在与参考臂接近等光程的位置发生,
从而滤掉了相当一部分与探测点无关的杂散光,提高了探测精度(信噪比)。

2001年第9期 光机电信息 2001年9月
http://www.ciom.ac.cn/xxzx/publication/gjd/2001/200109/20010907.htm>

《光学相干层析技术及其在生物医学中的应用》
王新宇 张春平 张连顺 薛玲玲 张光寅
(南开大学物理科学学院光子学中心,天津300071)


**************************************************************
周炳琨 高以智等 , 《激光原理》 , 1984年11月第1版 , 第5页

具有相干性的光波场的强度(相干光强)在相干光的技术应用中,
也是一个重要的参量。

============================================
一个好的相干光源,应具有尽可能高的相于光强、
=============================================

足够大的相干面积和足够长的相干时间,对普通光源来说,
增大相干面积、相干时间和增大相干光强是矛盾的。
由〔1—I—17)和(1—1—19)式可知,为了增大相干面积和相干时间,
可以采用光学滤波来减小Δν,缩小光源线度或加光阑以减小Δx以及远离光源等办法。
但这一切都将导致相干光强的减小。
这正是普通光源给相于光学技术的发展带来的限制。
例如光全息技术,它的原理早在1948年就被提出,
但在激光出现之前一直没有实际应用,其原因就在于此。
而激光器却是一种把光强和相干性两者统—起来的强相干光源。

 

*********************************************
激光与红外
LASER & INFRARED
1999年 第29卷 第4期 Vol.29 No.4 1999
---------------------------------------
 
《激光器的噪声对构建迈克耳逊干涉仪的影响》
http://power.luneng.com/power/library/jgyhw/jgyh99/jgyhw9904/990406.htm>

钱瑞海 孟迎军

摘 要 介绍半导体激光器的噪声特性及其对干涉的影响,
并在此基础上用半导体激光器构建了迈克耳逊干涉仪,从实验上加以证明。
这种微小的干涉仪表现出良好的特性和广阔的应用前景。
关键词 半导体激光器,噪声特性,干涉仪。


 

本帖地址:http://club.xilu.com/hongbin/msgview-950451-31301.html[复制地址]
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 [2楼]  作者:silin007  发表时间: 2003/05/17 21:06 

光电论坛上的土豆是您吗!

 

 [3楼]  作者:逆子  发表时间: 2003/05/17 22:28 

有可能是玩具所致

玩具激光器发出的谱线宽度要远大于实验用激光,这一点是不言而喻的。也就是说玩具激光器发出的光不是单色的,既是专业实验用激光器也不是绝对单色。从这个角度来分析的话也就会有结果了。玩具激光的周期性变化较专业激光明显罢了。

再有一种可能是激光发出的各波长的光的相干长度是不一致的。这种结果也会形成干涉条纹的周期性变化。

我关心的是yanghx

※※※※※※
逆子

[楼主]  [4楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/05/18 14:24 

关键是这种仪器的灵敏度很高,造价却不高?

其实相干长度还与“干涉光强度”有关,
所以专业激光只要把“干涉光强度”尽量减弱,
也应该可以明显观察到这种干涉环“可见度”的周期性变化,
关键是:是否存在这种“可见度周期性”?
我查了不少书和资料,到现在为止还没有查到有这种说法,
这似乎有些奇怪?
难道这种干涉环的“可见度周期性”完全没有意义吗?
还是暂时没有被发现?或是看到后又被忽视了(因为难以解释)?

我再解释一下在“相干长度”内,还有一个“可见度”的概念,
书上说:
干涉条纹有一个相干度、对比度、可见度的概念,
“常常用相干函数这个量对光束相干性作定量描述”,
由此可得到干涉条纹的“可见度”F为:

F= (Imax-Imin)/(Imax+Imin)
= [2sqr(I1)*sqr(I2)/(I1+I2)] f(τ)

Imax和Imin:分别为两束光S1和S2在P点的平均光强度的极大、极小值,
I1和I2:分别为两束光S1和S2在P点各自单独产生的光强,
f(τ):是干涉项,称为复相干度函数,
 
当f(τ)=1时,一般对应光程差d=0,此时干涉环对比度和可见度最高:
F= [2sqr(I1)*sqr(I2)/(I1+I2)],
当f(τ)=0时,一般对应光程差d=相干长度/2,
此时干涉环对比度和可见度最低:F= 0,

----------------------------------------
注释:
P点的平均光强可用f(τ)表示为:
I= I1 + I2 + 2sqr(I1*I2) f(τ)

当f(τ)=0时,I=I1+I2,表示P点是两个完全不相干光的叠加,
该点的光强为光强I1和I2之和,
当|f(τ)=1|时,两个光信号完全相干,
当0<|f(τ)|<1时,两个光信号部分相干,
-----------------------------------------
以上参见:
http://61.132.114.107:8080/resource/book/edu/jcygjs/ts004093/0025_ts004093.htm>


所以看来关键是这个“相干函数”是否具有周期性的问题了,
我再查一下,这个“相干函数”在所有的涉及振动的问题中经常使用,
比如电磁信号系统分析、桥梁振动、地震分析、声波等等吧,
(刘武清的声波实验不知能否看到这种周期性?)
只是好象都没有强调“相干函数”的周期性问题,
而在干涉仪实验中有着非常规律的周期性,
在波长=650nm左右时,总是有ΔL=1.3mm左右就重复出现一次清晰的干涉环,
这样有规律的东东应该很有用处的吧?
或者它是连接电磁与机械振动的一个接口也未可知?

如果用波列与波列之间的相遇重合度来考虑,
就意味着每个波列的中心距离总是相等的,
每个波列对应原子的一个短暂的发光时间(10^-8秒左右),
这样看来每一次原子发光的时间之间有很强的规律性了?

==================
另外我用的分光镜也算不错了,80元一片的正品呢,
(非要一次购买5片以上,气死我了,谁想要?我把多余的卖了)
加补偿玻璃后,两路的光强度是一样的,
关键是移动反射镜的精度,必要时也能买到1维移动块,
另外如果没有人帮我验证有些规律的话,也只好咬牙买个绿激光了,

人工以太风的事以后再细说了,
干涉仪的形式要稍微改动一下,作成矩形光路的,
用两个半透镜和两个反射镜,这样便于施加电磁扰动,
其实如果把激光和直线加速器结合起来,
就应该看出:
在电子运动方向上的激光是超光速的(所谓相速度),
而激光方向稍有偏离的话,就会由于所谓的“互感效应”,
(感应电流与原电流方向相反)
使得其低于光速(所谓群速度),

加速器是攒不出来了,不过或许用直流或高频电流也可以试试,
这是后话了,试了才知,反正打乌鸦的过程中,没准打中什么呢?

[楼主]  [5楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/05/18 14:42 

是的
笔名嘛,其它论坛还用过马铃薯、洋芋,反正都差不多?
我想你的笔名应该叫“依据”?开个玩笑,
 [6楼]  作者:逆子  发表时间: 2003/05/18 15:33 

高速电子流来传播光。

如果用水流来带动光的话,水的流速有限,加之水中的光传播速率小于真空中光速。既是叠加上水流的速率也是达不到真空中的光速的。

如果用加速器中射出来的高速电子流或离子来加速光的话结果会如?逆子也觉得有尝试的必要。至今还没有看到过有相关的文献报导,这一点可以咨询一下,是否有相关的实验数据,这应是首要的工作。不要搞重复性的实验。

另,加速器是买不起的,有可能买一台医用退下来的加速器,或者说用显象管中的电子枪替代。不过我还是不赞成你用简易的毫无精度可言的方法来作实验,这种实验是没有可信的结果的,最好用更多的精力来阐明你的观点,让专业人士来作就成了。



※※※※※※
逆子
[楼主]  [7楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/05/18 23:38 

应该试试看

童先生的思想比较朴实,他准备用皮带运转带动以太,
黄德民是想用高速水流带动光纤中的以太,不过水流速度可能还是太低,
估计只有用高速电子才能形成一定的以太风,

现成的实验也有,就在现在的直线加速器里,
上次我跟你说过这个问题,
直线加速器中的微波只能借以太风超光速,
(也可以暂时说成是电子加速了光吧,不过会遇到麻烦的?)
很难用来加速任何粒子直线运动的,
否则现在的激光功率和光密度按说应该足以把电子加速到接近光速了,
可实际如何呢?好象还没有听说过激光电子加速器?
难道直线加速器中的微波辐射的能量密度会比激光的还高吗?
那简直没法比吧?

其实激光就是从微波放大中使用的波导理论(电磁波谐振腔正反馈)而来的,
“微波激光”早于红外和可见激光的出现,微波通信其实就是用的“微波激光”,
但是不管它的发射功率有多大,能量密度也远低于激光,

可是现在的直线加速器理论就认为电子是被微波加速的,
加速器中的微波超光速叫做波的“相速度”,亚光速叫“群速度”,
你有什么办法呢?
给它起个奇妙的名字就是了,然后定义这个“奇妙”是可以超光速的,
本来的精彩却变成了无奈,没脾气呀,

除非有些专家也有这个意思,否则一时是难以有进展了,
你不是认识他们吗?问问看?
如果他们觉得还是没有把握,
或许可以建议他们试一下用激光沿电子加速方向照射,
激光点可以大一点,估计总会有部分激光超光速的?
如果激光也是有超有亚,不是就能说明问题了吗?
或者用静电加速器实验也能说明问题?
看看这个建议怎么个写法吧?

另外搞民间科研是不容易,但并非没有意义吧?
开始时如婴儿学步,有时确实有些可笑,不过总要学着自己走呀?
思维活跃是民间学者的长处,可缺少实验检验意识,
总不能只靠别人来验证自己的设想吧?那很被动的?
设备简陋并不可怕,可以逐步完善,
可怕的是只说不练、沉浸于雄辩的自得其乐之中?

国内现在一般的专业实验室是管的很严,
而且就算有了发现,也要考虑很多的,
不大可能很快拿到网上来探讨的,
特别是遇到与主流学说不相容的问题时,总是顾虑重重,
这个关系有点象国营与私营的关系,或大、小公司的关系,
国外也有这些问题,搞的好是相辅相成、取长补短的关系,
搞不好就是各有所长、各自为战、艰难行进,
只能尽量争取有个良性循环吧?

[楼主]  [8楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/05/19 00:45 

要想观察干涉周期性,关键是要调低激光器电压

我又进一步反复做了实验,
发现只有尽量减小激光器电压才能明显观察到“周期性”,
我用一个330欧的电位器串联在激光供电回路里,
就可以很方便的调整激光器的亮度,
干涉环越暗,灵敏度越高,周期效果越明显,
而且非常稳定:总是移动1.3mm后,重复出现清晰的干涉环,
而用分光镜或偏振片减弱光强度的作用不大,
这说明与激光器的工作状态有关,可能是每个原子的发光时间减小了?

要想恢复周期性不明显也很容易,只要把电位器调到最小,
恢复最高电压就可以了,
另外加固了工作台,经反复实验,没有发现例外,

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