时间空间相干性

1、 18-3时间相干性和空间相干性时间相干性和空间相干性Temporal Coherence and Spatial Coherence ）一）问题的提出：一）问题的提出：S1S2dDXO1r2r1）单色光入射时，只能在中央条纹附近看到）单色光入射时，只能在中央条纹附近看到 有限的为数不多的几条干涉条纹。有限的为数不多的几条干涉条纹。2）单缝或双缝宽度）单缝或双缝宽度增大时，干涉条纹增大时，干涉条纹变得模糊起来。变得模糊起来。 S1S2dDXO为什么？为什么？二）时间相干性二）时间相干性XOS1S2dD 指由原子一次发光所持续的时间来确定的光的指由原子一次发光所持续的时间来确定的光的相干性问题相

2、干性问题-原子发光时间越长，观察到清楚的原子发光时间越长，观察到清楚的干涉条纹就越多，时间相干性就越好。干涉条纹就越多，时间相干性就越好。1r2r1)两波列的光程差为零（两波列的光程差为零（)21rr 可产生相可产生相干叠加。干叠加。XOS1S2dD1r2r2)两波列的光程差较小，小于波列长度两波列的光程差较小，小于波列长度)(12Lrr能参与产生相干叠加的波列长度减小能参与产生相干叠加的波列长度减小干涉条纹干涉条纹变模糊了变模糊了！P若是明纹，则明纹不亮；若是暗纹；暗纹不暗若是明纹，则明纹不亮；若是暗纹；暗纹不暗原因：原因：XOS1S2dD1r2r3)两波列的光程差较大，大于波列长度两波列的

3、光程差较大，大于波列长度)(12Lrr波列不能在波列不能在P点叠加产生干涉。点叠加产生干涉。干涉条干涉条纹消失纹消失了！了！原因：原因：P此乃高干涉级条纹看不清或消失的原因之一此乃高干涉级条纹看不清或消失的原因之一L结论：产生光的干涉还须加一附加条件：结论：产生光的干涉还须加一附加条件：tcLL结论：产生光的干涉还须加一附加条件：结论：产生光的干涉还须加一附加条件：tcLE2E1E3tcL1）波列长度）波列长度L又称又称相干长相干长度度。L越长，光波的相干叠越长，光波的相干叠加长度越长，干涉条纹越加长度越长，干涉条纹越清晰，相干性也清晰，相干性也越好。越好。注意：注意：2）原子一次发光的时间）

4、原子一次发光的时间 t称为称为相干时间。相干时间。 t越大，相干长度越长，相干性越好，因此用越大，相干长度越长，相干性越好，因此用这种原子一次持续发光的时间来描述这种相干这种原子一次持续发光的时间来描述这种相干性故称为时间性故称为时间相干性相干性。3）相干时间与谱线宽度有如下）相干时间与谱线宽度有如下关系：关系：I0/2I012112L为谱线中心频率为谱线中心频率为谱线宽度为谱线宽度C2C可以证明：可以证明：t121Ct证明：证明：C2LtC2212L2L 光的单色性越好，光的光的单色性越好，光的 相干长度就越长，光的相干长度就越长，光的 时间相干性也就越好。时间相干性也就越好。结论：结论：I

5、0/2I012)(A)(A)(mL发光物质发光物质aN58935889。965895。93 0.13.4 10-2gH5460.73 0.13 10-2eeNH 激光激光6328 10 10-7 40 103rK866057 0.0047 1.0三）空间相干性三）空间相干性S1S2dDXOIb光源总是有一定的线度的，当光源线度不大时：光源总是有一定的线度的，当光源线度不大时：从从S和和S发出的光产生的干涉条纹叠加后，仍能发出的光产生的干涉条纹叠加后，仍能分辩清楚明暗条纹。分辩清楚明暗条纹。SSS1S2dDXOIb当光源线度当光源线度b较大时：较大时：从从S和和S发出的光产生的干涉条纹叠加后，干

6、涉发出的光产生的干涉条纹叠加后，干涉条纹对比度降低，明暗条纹变得模糊。条纹对比度降低，明暗条纹变得模糊。SSS1S2dDXOIb当光源线度当光源线度b增大到某一限度时：增大到某一限度时：干涉条干涉条纹消失纹消失，S和和S发出的发出的光的光光的光程差之程差之差差差差 /2SS可见：为了产生清晰的干涉条纹，光源的线度可见：为了产生清晰的干涉条纹，光源的线度 受到一定限度。受到一定限度。2/S1S2dDXOIbSSb2/由由和简单的几何关系可推出产生清晰和简单的几何关系可推出产生清晰的干涉条纹的另一条件：的干涉条纹的另一条件：.“空间相干反比公式空间相干反比公式”称为称为“相干范围孔径角相干范围孔径

7、角”S1S2dDXOIbSSb 也即也即 越大，在垂越大，在垂直于光传播的的平面直于光传播的的平面内，任取两点作相干内，任取两点作相干光源的空间范围越大，光源的空间范围越大，或空间相干性越好。或空间相干性越好。注意：对空间相干性，还可这样提出问题：注意：对空间相干性，还可这样提出问题：已知光源的线度已知光源的线度b，要问：在光传播的光场中，要问：在光传播的光场中，在多大的横向范围内，任取两点总可作相干光在多大的横向范围内，任取两点总可作相干光源。源。这种横向范围越大，空间相干性也越好。这种横向范围越大，空间相干性也越好。b设一线度为设一线度为b的光源，波长为的光源，波长为 ，相干孔径角为，相干孔径角为rdrd则为距光源则为距光源r处，横向可取空间范围的处，横向可取空间范围的线宽度。线宽度。b)(rdbbrd 事实上，以事实上，以d为直径的圆面积对光源所张立体为直径的圆面积对光源所张立体角内的空间点都满足上式。角内的空间点都满足上式。d2通常称为相干面积通常称为相干面积。dd总结：总结：1 1）光的干涉除满足同频率、同振动方向、）光的干涉除满足同频率、同振动方向、相位差恒定以外，还要满足：相位差恒定以外，还要满足：光程差：光程差：L（相