白光干涉测量原理:用短相干光测表面形貌
白光干涉只在零光程差附近产生高对比度条纹;仪器扫描包络定位条纹级数,再用相位读出纳米级高度。本文给出 600 nm 中心波长、100 nm 带宽下的相干长度与 1.0 μm 台阶算例。
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白光干涉只在零光程差附近产生高对比度条纹;仪器扫描包络定位条纹级数,再用相位读出纳米级高度。本文给出 600 nm 中心波长、100 nm 带宽下的相干长度与 1.0 μm 台阶算例。
白光穿过正交偏振片之间的双折射样品时,各波长按相位差 δ=2πΔn·t/λ 被不同程度消光,叠加成随光程差变化的干涉色。本文解释颜色如何产生、干涉色序与 Michel-Lévy 图表,以及偏光显微镜用颜色反推矿物双折射的方法。
普通光栅把入射光分散到多个衍射级次,每一级都很暗。本文用单沟槽衍射包络与多缝干涉的乘积解释闪耀光栅如何选择闪耀角,让镜面反射方向对准目标级次,并给出 Littrow 条件 mλ=2d sinθ_B 与闪耀波长的含义。
把两束光叠在一起不一定有条纹。本文把干涉成立的条件拆成频率与相干长度、相位稳定性、偏振方向、光源尺寸、强度平衡五条,给出条纹可见度 V=(Imax−Imin)/(Imax+Imin) 的退化公式与白光、激光的相干长度量级对照。
本文解释相干光照射粗糙表面时散斑如何由随机相位的干涉生成,给出客观散斑与主观散斑的尺寸公式,并介绍电子散斑干涉如何把颗粒状散斑变成能读出半个波长位移(632.8 nm 下约 0.32 μm)的测量工具。
相位是波在自身循环中的"进度"。本文从波峰位置这一直观画面出发,逐层讲清相位差如何决定干涉明暗、光程如何把相位差变成可算的长度、相干性与波前为何都绕着相位转,以及看不见的相位为何承载着比亮度更丰富的信息。
本文从"波前上每一点都是新的子波源"出发,讲清如何用子波包络构造新波前,由此推出反射定律与斯涅尔定律,并解释为什么孔径越小衍射越明显、声波能绕过门框而光不能。
光在介质中的传播速度其实有两个答案:单个波峰移动的相速度,与波包整体移动的群速度。本文从单色波讲起,用波包叠加理解群速度,解释色散如何让两者分道扬镳,以及为什么信息与能量以群速度传播。
从“激光为什么不是一束完美的平行光”切入,讲清激光器最常见的输出形态——高斯光束:横向强度分布、腰斑、瑞利长度、发散角,以及真实光束的 M² 因子和用 ABCD 矩阵计算透镜聚焦的方法。
从“普通照片为什么存不下三维”切入,讲清全息术的物理本质:用物光与参考光的干涉把波前相位“编码”进强度条纹,再用衍射光栅效应把波前“还原”出来。覆盖 Gabor 两步设想、记录公式、重建机制、离轴技术、彩虹全息防伪与数字全息应用。
从“为什么灯泡很难做干涉实验”切入,把光的相干性拆成两个独立维度讲清楚:时间相干性由谱宽决定(相干时间、相干长度 L≈λ²/Δλ),空间相干性由光源角尺寸决定(横向相干宽度≈λ/θ)。用波列、迈克尔逊干涉仪、杨氏双缝和恒星测角四个例子,说明相干性如何决定干涉条纹的可见范围,并连接全息、OCT 等应用。
从亥姆霍兹方程的精确解出发,解释贝塞尔光束为什么能在长距离上保持中心光斑不扩散:所有平面波矢站在同一个圆锥面上。同时介绍有限孔径与贝塞尔-高斯光束的现实约束、轴锥与超表面等产生方式、自愈机制及应用。