論述光的空間相干性和時(shí)間相干性經(jīng)典實(shí)用

1、論述光的空間相干性和時(shí)間相干性論述光的空間相干性和時(shí)間相干性論述光的空間相干性和時(shí)間相干性論述光的空間相干性和時(shí)間相干性 目錄目錄概述概述1空間相干性空間相干性2時(shí)間相干性時(shí)間相干性3總結(jié)總結(jié)4論述光的空間相干性和時(shí)間相干性 光的干涉：干涉現(xiàn)象是波動獨(dú)有的特征，光也是波，就必然會觀察到光的干涉現(xiàn)象。兩列或幾列光波在空間相遇時(shí)相互疊加，在某些區(qū)域始終加強(qiáng)，在另一些區(qū)域則始終削弱，形成穩(wěn)定的強(qiáng)弱分布的現(xiàn)象。 光的相干性：兩束光在某一點(diǎn)相遇產(chǎn)生干涉的條件是：頻率相同、振動方向相同、位相差恒定。簡單地可以分為相干光和非相干光。 相干光源：能夠觀察到干涉條紋的理想光源，是從一無限小的點(diǎn)光源發(fā)出無限長光波

2、列，用光學(xué)方法將其分為兩束，再實(shí)現(xiàn)同一波列的相遇迭加，能得到穩(wěn)定的干涉條紋的光源。 概述概述論述光的空間相干性和時(shí)間相干性 實(shí)際的相干光源和理想的相干光源有兩點(diǎn)重要的不同，一是理想相干光源所發(fā)出的是無限長光波列，而實(shí)際相干光源所發(fā)出的是有限長光波列；二是理想相干光源為一幾何點(diǎn)，而實(shí)際相干光源總有一定的線度。因此，我們應(yīng)注意以下兩方面的問題： (1)由于實(shí)際相干光源所發(fā)出的光波列為有限長，若兩束光到達(dá)觀察點(diǎn)的光程差超過一個波列的長度，在該處就不能實(shí)現(xiàn)相干迭加。所以，波列長度和光程差的大小是影響干涉條紋清晰度的一個重要因素。概述概述論述光的空間相干性和時(shí)間相干性 (2)由于實(shí)際相干光源有一定的線度

3、,即使光源上的每個點(diǎn)所發(fā)出的光都是無限長波列,能保持恒定的位相差而形成穩(wěn)定的干涉條紋,但由于光源上不同點(diǎn)發(fā)出的光所形成的干涉條紋分布不同,迭加的結(jié)果仍使條紋看不清楚.所以,光源的線度以及干涉裝置的結(jié)構(gòu),是影響干涉條紋清晰度的另一個重要因素 以上兩個方面分別是指光的空間相干性和光的時(shí)間相干性是對光的干涉效應(yīng)的影響。 我們會從光的干涉效應(yīng)角度出發(fā)分別討論光的空間相干性和光的時(shí)間相干性，介紹與其相關(guān)的幾個概念。 概述概述論述光的空間相干性和時(shí)間相干性 在楊氏雙縫干涉裝置中，保持其它不變，而僅僅使光源s移動，如果有兩個點(diǎn)光源s，s1，其中s處在中心軸線上，而s1在中心軸線外，則每一個光源發(fā)出的光經(jīng)過雙

4、縫后，各自形成一套干涉花樣。這兩套干涉條紋互相交替，如果一套的亮條紋正好處在另一套的暗條紋位置，干涉條紋的反襯度將會大大降低，甚至無法觀察到明顯的明暗條紋分布。這種情況就是我們要討論的光波長的空間相干性的問題?？臻g相干性空間相干性論述光的空間相干性和時(shí)間相干性空間相干性空間相干性楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置xzy論述光的空間相干性和時(shí)間相干性 雙縫間距為d，兩個屏間距為r，光波的波長為，光源在x方向上的線度為x。有下式滿足時(shí)，可以出現(xiàn)干涉現(xiàn)象：dr/ x。 如果光源在y方向上的線度為y，則光源的發(fā)光面積為a= xy。在光場中與光源相距r處的空間有一塊垂直于光傳播方向的面積 就稱為光

5、場的相干面積?？臻g相干性空間相干性arac22論述光的空間相干性和時(shí)間相干性 它的物理意義是：面積為a的光源內(nèi)各點(diǎn)所發(fā)出的波長為的光，通過與光源相距為r并與光傳播方向垂直的平面上的兩點(diǎn)，如果這兩點(diǎn)位于相干面積ac內(nèi)，則這兩點(diǎn)的光場是相關(guān)的，因而它們能產(chǎn)生干涉效應(yīng)。光的這種相干性稱為光的空間相干性。所以說，光的空間相干性是指垂直于光傳播方向的截面上的光場的空間相干性，這種相干性是由相干面積來描述的?？臻g相干性空間相干性論述光的空間相干性和時(shí)間相干性 為了對光的相干性以總的描述，在激光物理中引入了相干體積這一概念。所謂相干體積是指以光場的相干面積ac為底，以相干長度lc為高所限定的空域。其值為 利

6、用 上式可寫為： 上式的物理意義是：具有頻率- +范圍內(nèi)的光波在空間體積vc內(nèi)是相干的?？臻g相干性空間相干性arvc223c/carvc42論述光的空間相干性和時(shí)間相干性 通過上述的討論我們可以看到，光的相干性與實(shí)驗(yàn)裝置的縫間距，屏間距等空間量有著密切的關(guān)系，因此我們將光的相干性與實(shí)驗(yàn)裝置諸空間量的這種、關(guān)系，或者將光的相干性受裝置諸空間量的制約影響叫作“光的空間相干性”?？臻g相干性空間相干性論述光的空間相干性和時(shí)間相干性 時(shí)間相干性時(shí)間相干性楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置論述光的空間相干性和時(shí)間相干性 時(shí)間相干性時(shí)間相干性設(shè)由分光源s，s所發(fā)出的單色相干光的平均持續(xù)時(shí)間為,則平均波

7、列長度為lc=c，c為光速。在不考慮光源線度對干涉條紋清晰度影響的情況下，若光源s發(fā)出的光傳播到光屏ee上p點(diǎn)所用時(shí)間為t1，光源s發(fā)出的光傳播到光屏ee上p點(diǎn)所用時(shí)間為t1 +t，則當(dāng)t時(shí)，兩列光波位相間無確定關(guān)系，不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。論述光的空間相干性和時(shí)間相干性 下面介紹光的相干時(shí)間的兩個度量：相干長度和相干時(shí)間。 相干長度： 相干時(shí)間： 或 由以上兩式可以得出相干性反比公式：時(shí)間相干性時(shí)間相干性2lctcc1ccclccccc221論述光的空間相干性和時(shí)間相干性 時(shí)間相干性時(shí)間相干性 由時(shí)間相干性的反比公式可以得出：當(dāng)越?。垂庠磫紊栽胶茫r(shí)，則相干時(shí)間越大，繼而相干長度越大。 綜上可

8、知，發(fā)光持續(xù)時(shí)間，可以作為能否產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的一個界定量，稱之為相干時(shí)間。 相應(yīng)地，波列長度lc(即兩列相干波到達(dá)觀察點(diǎn)的最大光程差)，稱為相干長度。 或lc越大，時(shí)間相干性越好，反之就越差。論述光的空間相干性和時(shí)間相干性結(jié)語結(jié)語 通過以上關(guān)于光的空間相干性和時(shí)間性的一些介紹，我們現(xiàn)在簡單地進(jìn)行一下歸納總結(jié)，分別從以下幾個方面討論一下光的空間相干性和時(shí)間相干性的區(qū)別。 本質(zhì)：空間相干性源于擴(kuò)展光源不同部分發(fā)光的獨(dú)立性； 時(shí)間相干性源于發(fā)光過程在時(shí)間上的斷續(xù)性。 效果：空間相干性表現(xiàn)在光波場的橫向，并集中于分波前干涉； 時(shí)間相干性表現(xiàn)在光波場的縱向，并集中于分振幅干涉。 論述光的空間相干性和時(shí)間相干性結(jié)語結(jié)語 數(shù)學(xué)描述： 空間相干性：相干線度： 相干孔徑角： 相干性反比公式： 時(shí)間相干性：相干長度： 相干時(shí)間： 相干性反比公式： bldc/b/b/l2cc/21論述光的空間相干性和時(shí)間相干性結(jié)語結(jié)語 說明：（1）要注意的是時(shí)間相干性和空間相干性只是時(shí) 空相干性的兩種特殊情況。一般情況下，兩 者是緊密聯(lián)系而不可分開。 （2）空間相干性和時(shí)間相干