時間空間相干性

1、 18-3時間相干性和空間相干性時間相干性和空間相干性Temporal Coherence and Spatial Coherence ）一）問題的提出：一）問題的提出：S1S2dDXO1r2r1）單色光入射時，只能在中央條紋附近看到）單色光入射時，只能在中央條紋附近看到 有限的為數不多的幾條干涉條紋。有限的為數不多的幾條干涉條紋。2）單縫或雙縫寬度）單縫或雙縫寬度增大時，干涉條紋增大時，干涉條紋變得模糊起來。變得模糊起來。 S1S2dDXO為什么？為什么？二）時間相干性二）時間相干性XOS1S2dD 指由原子一次發(fā)光所持續(xù)的時間來確定的光的指由原子一次發(fā)光所持續(xù)的時間來確定的光的相干性問題相

2、干性問題-原子發(fā)光時間越長，觀察到清楚的原子發(fā)光時間越長，觀察到清楚的干涉條紋就越多，時間相干性就越好。干涉條紋就越多，時間相干性就越好。1r2r1)兩波列的光程差為零（兩波列的光程差為零（)21rr 可產生相可產生相干疊加。干疊加。XOS1S2dD1r2r2)兩波列的光程差較小，小于波列長度兩波列的光程差較小，小于波列長度)(12Lrr能參與產生相干疊加的波列長度減小能參與產生相干疊加的波列長度減小干涉條紋干涉條紋變模糊了變模糊了！P若是明紋，則明紋不亮；若是暗紋；暗紋不暗若是明紋，則明紋不亮；若是暗紋；暗紋不暗原因：原因：XOS1S2dD1r2r3)兩波列的光程差較大，大于波列長度兩波列的

3、光程差較大，大于波列長度)(12Lrr波列不能在波列不能在P點疊加產生干涉。點疊加產生干涉。干涉條干涉條紋消失紋消失了！了！原因：原因：P此乃高干涉級條紋看不清或消失的原因之一此乃高干涉級條紋看不清或消失的原因之一L結論：產生光的干涉還須加一附加條件：結論：產生光的干涉還須加一附加條件：tcLL結論：產生光的干涉還須加一附加條件：結論：產生光的干涉還須加一附加條件：tcLE2E1E3tcL1）波列長度）波列長度L又稱又稱相干長相干長度度。L越長，光波的相干疊越長，光波的相干疊加長度越長，干涉條紋越加長度越長，干涉條紋越清晰，相干性也清晰，相干性也越好。越好。注意：注意：2）原子一次發(fā)光的時間）

4、原子一次發(fā)光的時間 t稱為稱為相干時間。相干時間。 t越大，相干長度越長，相干性越好，因此用越大，相干長度越長，相干性越好，因此用這種原子一次持續(xù)發(fā)光的時間來描述這種相干這種原子一次持續(xù)發(fā)光的時間來描述這種相干性故稱為時間性故稱為時間相干性相干性。3）相干時間與譜線寬度有如下）相干時間與譜線寬度有如下關系：關系：I0/2I012112L為譜線中心頻率為譜線中心頻率為譜線寬度為譜線寬度C2C可以證明：可以證明：t121Ct證明：證明：C2LtC2212L2L 光的單色性越好，光的光的單色性越好，光的 相干長度就越長，光的相干長度就越長，光的 時間相干性也就越好。時間相干性也就越好。結論：結論：I

5、0/2I012)(A)(A)(mL發(fā)光物質發(fā)光物質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）空間相干性三）空間相干性S1S2dDXOIb光源總是有一定的線度的，當光源線度不大時：光源總是有一定的線度的，當光源線度不大時：從從S和和S發(fā)出的光產生的干涉條紋疊加后，仍能發(fā)出的光產生的干涉條紋疊加后，仍能分辯清楚明暗條紋。分辯清楚明暗條紋。SSS1S2dDXOIb當光源線度當光源線度b較大時：較大時：從從S和和S發(fā)出的光產生的干涉條紋疊加后，干

6、涉發(fā)出的光產生的干涉條紋疊加后，干涉條紋對比度降低，明暗條紋變得模糊。條紋對比度降低，明暗條紋變得模糊。SSS1S2dDXOIb當光源線度當光源線度b增大到某一限度時：增大到某一限度時：干涉條干涉條紋消失紋消失，S和和S發(fā)出的發(fā)出的光的光光的光程差之程差之差差差差 /2SS可見：為了產生清晰的干涉條紋，光源的線度可見：為了產生清晰的干涉條紋，光源的線度 受到一定限度。受到一定限度。2/S1S2dDXOIbSSb2/由由和簡單的幾何關系可推出產生清晰和簡單的幾何關系可推出產生清晰的干涉條紋的另一條件：的干涉條紋的另一條件：.“空間相干反比公式空間相干反比公式”稱為稱為“相干范圍孔徑角相干范圍孔徑

7、角”S1S2dDXOIbSSb 也即也即 越大，在垂越大，在垂直于光傳播的的平面直于光傳播的的平面內，任取兩點作相干內，任取兩點作相干光源的空間范圍越大，光源的空間范圍越大，或空間相干性越好?；蚩臻g相干性越好。注意：對空間相干性，還可這樣提出問題：注意：對空間相干性，還可這樣提出問題：已知光源的線度已知光源的線度b，要問：在光傳播的光場中，要問：在光傳播的光場中，在多大的橫向范圍內，任取兩點總可作相干光在多大的橫向范圍內，任取兩點總可作相干光源。源。這種橫向范圍越大，空間相干性也越好。這種橫向范圍越大，空間相干性也越好。b設一線度為設一線度為b的光源，波長為的光源，波長為 ，相干孔徑角為，相干孔徑角為rdrd則為距光源則為距光源r處，橫向可取空間范圍的處，橫向可取空間范圍的線寬度。線寬度。b)(rdbbrd 事實上，以事實上，以d為直徑的圓面積對光源所張立體為直徑的圓面積對光源所張立體角內的空間點都滿足上式。角內的空間點都滿足上式。d2通常稱為相干面積通常稱為相干面積。dd總結：總結：1 1）光的干涉除滿足同頻率、同振動方向、）光的干涉除滿足同頻率、同振動方向、相位差恒定以外，還要滿足：相位差恒定以外，還要滿足：光程差：光程差：L（相