時(shí)間空間相干性

1、 18-3時(shí)間相干性和空間相干性時(shí)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(shí)，只能在中央條紋附近看到）單色光入射時(shí)，只能在中央條紋附近看到 有限的為數(shù)不多的幾條干涉條紋。有限的為數(shù)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(shí)，干涉條紋增大時(shí)，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(shí)間相干性二）時(shí)間相干性XOS1S2dD 指由原子一次發(fā)光所持續(xù)的時(shí)間來確定的光的指由原子一次發(fā)光所持續(xù)的時(shí)間來確定的光的相干性問題相

2、干性問題-原子發(fā)光時(shí)間越長(zhǎng)，觀察到清楚的原子發(fā)光時(shí)間越長(zhǎng)，觀察到清楚的干涉條紋就越多，時(shí)間相干性就越好。干涉條紋就越多，時(shí)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(chǎn)生相可產(chǎn)生相干疊加。干疊加。XOS1S2dD1r2r2)兩波列的光程差較小，小于波列長(zhǎng)度兩波列的光程差較小，小于波列長(zhǎng)度)(12Lrr能參與產(chǎn)生相干疊加的波列長(zhǎng)度減小能參與產(chǎn)生相干疊加的波列長(zhǎng)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(zhǎng)度兩波列的

3、光程差較大，大于波列長(zhǎng)度)(12Lrr波列不能在波列不能在P點(diǎn)疊加產(chǎn)生干涉。點(diǎn)疊加產(chǎn)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(jí)條紋看不清或消失的原因之一此乃高干涉級(jí)條紋看不清或消失的原因之一L結(jié)論：產(chǎn)生光的干涉還須加一附加條件：結(jié)論：產(chǎn)生光的干涉還須加一附加條件：tcLL結(jié)論：產(chǎn)生光的干涉還須加一附加條件：結(jié)論：產(chǎn)生光的干涉還須加一附加條件：tcLE2E1E3tcL1）波列長(zhǎng)度）波列長(zhǎng)度L又稱又稱相干長(zhǎng)相干長(zhǎng)度度。L越長(zhǎng)，光波的相干疊越長(zhǎng)，光波的相干疊加長(zhǎng)度越長(zhǎng)，干涉條紋越加長(zhǎng)度越長(zhǎng)，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(shí)間）

4、原子一次發(fā)光的時(shí)間 t稱為稱為相干時(shí)間。相干時(shí)間。 t越大，相干長(zhǎng)度越長(zhǎng)，相干性越好，因此用越大，相干長(zhǎng)度越長(zhǎng)，相干性越好，因此用這種原子一次持續(xù)發(fā)光的時(shí)間來描述這種相干這種原子一次持續(xù)發(fā)光的時(shí)間來描述這種相干性故稱為時(shí)間性故稱為時(shí)間相干性相干性。3）相干時(shí)間與譜線寬度有如下）相干時(shí)間與譜線寬度有如下關(guān)系：關(guān)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(zhǎng)度就越長(zhǎng)，光的相干長(zhǎng)度就越長(zhǎng)，光的 時(shí)間相干性也就越好。時(shí)間相干性也就越好。結(jié)論：結(jié)論：I

5、0/2I012)(A)(A)(mL發(fā)光物質(zhì)發(fā)光物質(zhì)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(dāng)光源線度不大時(shí)：光源總是有一定的線度的，當(dāng)光源線度不大時(shí)：從從S和和S發(fā)出的光產(chǎn)生的干涉條紋疊加后，仍能發(fā)出的光產(chǎn)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(dāng)光源線度當(dāng)光源線度b較大時(shí)：較大時(shí)：從從S和和S發(fā)出的光產(chǎn)生的干涉條紋疊加后，干

6、涉發(fā)出的光產(chǎn)生的干涉條紋疊加后，干涉條紋對(duì)比度降低，明暗條紋變得模糊。條紋對(duì)比度降低，明暗條紋變得模糊。SSS1S2dDXOIb當(dāng)光源線度當(dāng)光源線度b增大到某一限度時(shí)：增大到某一限度時(shí)：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(chǎn)生清晰的干涉條紋，光源的線度可見：為了產(chǎn)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(jiǎn)單的幾何關(guān)系可推出產(chǎn)生清晰和簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系可推出產(chǎn)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(nèi)，任取兩點(diǎn)作相干內(nèi)，任取兩點(diǎn)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(duì)空間相干性，還可這樣提出問題：注意：對(duì)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(chǎng)中，要問：在光傳播的光場(chǎng)中，在多大的橫向范圍內(nèi)，任取兩點(diǎn)總可作相干光在多大的橫向范圍內(nèi)，任取兩點(diǎn)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(shè)一線度為設(shè)一線度為b的光源，波長(zhǎng)為的光源，波長(zhǎng)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(shí)上，以事實(shí)上，以d為直徑的圓面積對(duì)光源所張立體為直徑的圓面積對(duì)光源所張立體角內(nèi)的空間點(diǎn)都滿足上式。角內(nèi)的空間點(diǎn)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(jié)：總結(jié)：1 1）光的干涉除滿足同頻率、同振動(dòng)方向、）光的干涉除滿足同頻率、同振動(dòng)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