分波前干涉光的相干性課件

2.2.3光源寬度對(duì)干涉場(chǎng)襯比度的影響概述

擴(kuò)展光源

(extendedsourceoflight)

具有一定的尺寸和體積大量非相干點(diǎn)源的集合多組干涉條紋的非相干疊加降低襯比度

多組干涉條紋非相干疊加襯比度變化非相干2.2.3光源寬度對(duì)干涉場(chǎng)襯比度的影響概述多組干一、光源寬度對(duì)干涉條紋襯比度的影響S1d/2S2RD光源寬度為bb/2L

MN

0M0N0LI非相干疊加+1L

1NxI合成光強(qiáng)Ix合成光強(qiáng)b增大

一、光源寬度對(duì)干涉條紋襯比度的影響S1d/2S2RD光源寬xI合成光強(qiáng)0N

x+1L0M0L-1NS1d/2S2RD光源寬度為b0b0/2L

MN

0M0N0LI非相干疊加+1L

1N二、極限寬度當(dāng)光源寬度b增大到某個(gè)寬度b0時(shí)，干涉條紋剛好消失：xI合成光強(qiáng)0Nx+1L0M0L-1NS1d/2S2RDD>>d：R>>b0

、d：b0稱為光源的極限寬度，△x/2+1Lr

1

d0

DR·

r2r1

r

2單色光源b0

/2xLM

此時(shí)L端的一級(jí)明紋中心在一級(jí)明紋：D>>d：R>>b0、d：b0稱為光源的極限寬度為觀察到較清晰的干涉條紋通常取，得光源的極限寬度：由dDR極限寬度b0時(shí)，才能觀察到干涉條紋。當(dāng)光源寬度為觀察到較清晰的干涉條紋通常取，得光源的極限寬度：由dDR極一空間相干性的概念(spacialconherence)

既包含相干成分，也包含非相干成分－－部分相干。由兩個(gè)隨即相位差來(lái)描述S1S2AOB

在非相干擴(kuò)展光源照明空間中，橫向兩點(diǎn)光擾動(dòng)之間一般是部分相干的，部分相干程度由觀察平面上干涉場(chǎng)的襯比度來(lái)反映，這就是光場(chǎng)空間相干性的含義。2.2.4光場(chǎng)的空間相干性一空間相干性的概念(spacialconherence二、相干間隔和相干孔徑角1、相干間隔R一定時(shí)，d0越大，光場(chǎng)的空間相干性越好。由則要得到干涉條紋，必須令—相干間隔d0bS1S2Rd若b

和R一定，相干間隔d0是光場(chǎng)中正對(duì)光源的平面上能夠產(chǎn)生干涉的兩個(gè)次波源間的最大距離。二、相干間隔和相干孔徑角1、相干間隔R一定時(shí)，d0越大，光2、相干孔徑角S1S2b

0d0R相干孔徑角：

0越大空間相干性越好。在θ0范圍內(nèi)的光場(chǎng)中，正對(duì)光源的平面上的任意兩點(diǎn)的光振動(dòng)是相干的。

普通單色光源分波面干涉受到光源寬度的限制，存在條紋亮度和襯比度的矛盾。而激光光源則不受以上限制。相干間隔也可以用相干孔徑角來(lái)代替?！猟0對(duì)光源中心的張角。2、相干孔徑角S1S2b0d0R相干孔徑角：0越大空三、相干間隔的應(yīng)用舉例bdR

星體考慮到衍射的影響，有使d=d0

，則條紋消失。由，有利用空間相干性可以測(cè)遙遠(yuǎn)星體的角直徑

三、相干間隔的應(yīng)用舉例bdR星體考慮到衍射的影響，有使由此得到：

測(cè)星干涉儀：

M1M2M3M4屏邁克耳孫測(cè)星干涉儀反射鏡S1S2利用干涉條紋消失測(cè)星體角直徑遙遠(yuǎn)星體相應(yīng)的d0

幾至十幾米。邁克耳孫巧妙地用四塊反射鏡增大了雙縫的縫間距。屏上條紋消失時(shí)，M1M4間的距離就是d0。獵戶座

星

nm（橙色），1920年12月測(cè)得：由此得到：測(cè)星干涉儀：M1M2M3M4屏邁克耳孫測(cè)星Q1Q2XZ(x,y)(d/2,0)Q分析非單色性對(duì)楊氏干涉的影響2.2.5光場(chǎng)的時(shí)間相干性Q1Q2XZ(x,y)(d/2,0)Q分析非單色性對(duì)楊氏干涉一、光的非單色性1、理想的單色光2、實(shí)際光束：波列準(zhǔn)單色光

波列長(zhǎng)L=

c

0

0II0

:譜線寬度

準(zhǔn)單色光：在某個(gè)中心波長(zhǎng)（頻率）附近有一定波長(zhǎng)（頻率）范圍的光。2.2.5光的時(shí)間相干性一、光的非單色性1、理想的單色光2、實(shí)際光束：波列準(zhǔn)單色傅立葉變換：對(duì)波列E(t)作傅立葉變換，得頻譜分布：傅立葉變換：對(duì)波列E(t)作傅立葉變換，得頻譜分布：波列的能譜：波列的能譜：（1）自然寬度

EjEi

Ei

3、造成譜線寬度的原因（2）多普勒增寬（3）碰撞增寬

·Ej（1）自然寬度EjEiEi3、造成譜線寬度1光譜雙線結(jié)構(gòu)導(dǎo)致襯比度周期性變化

1

2兩條譜線楊氏干涉強(qiáng)度單譜線楊氏干涉強(qiáng)度二、多譜線對(duì)襯比度的影響1光譜雙線結(jié)構(gòu)導(dǎo)致襯比度周期性變化12兩條譜線楊氏干1光譜雙線結(jié)構(gòu)導(dǎo)致襯比度周期性變化1光譜雙線結(jié)構(gòu)導(dǎo)致襯比度周期性變化2準(zhǔn)單色線寬導(dǎo)致襯比度的下降方壘型譜函數(shù)下干涉場(chǎng)的襯比度k

0koi(k)i0k

1k

22準(zhǔn)單色線寬導(dǎo)致襯比度的下降k0koi(k)i0k2準(zhǔn)單色線寬導(dǎo)致襯比度的下降方壘型譜函數(shù)下干涉場(chǎng)的襯比度2準(zhǔn)單色線寬導(dǎo)致襯比度的下降2準(zhǔn)單色線寬導(dǎo)致襯比度的下降準(zhǔn)單色線寬與干涉測(cè)長(zhǎng)量程的關(guān)系2準(zhǔn)單色線寬導(dǎo)致襯比度的下降3、干涉條紋襯比度下降的物理圖像設(shè)能產(chǎn)生干涉的最大級(jí)次為kM，又則有

-(

/2)合成光強(qiáng)x1234560123450I

0II0

+(

/2)3、干涉條紋襯比度下降的物理圖像設(shè)能產(chǎn)生干涉的最大級(jí)次為kM三、相干長(zhǎng)度與相干時(shí)間1、相干長(zhǎng)度（coherentlength）

兩列波能發(fā)生干涉的最大波程差叫相干長(zhǎng)度。：中心波長(zhǎng)SS1S2c1c2b1b2a1a2

·PS1S2Sc1c2b1b2a1a2P·才能發(fā)生干涉。波列長(zhǎng)度就是相干長(zhǎng)度：相干長(zhǎng)度能干涉不能干涉只有同一波列分成的兩部分，經(jīng)過(guò)不同的路程再相遇時(shí)，三、相干長(zhǎng)度與相干時(shí)間1、相干長(zhǎng)度（coherentle普通單色光：激光：（實(shí)際上，一般為10-1101m）（理想情況）普通單色光：激光：（實(shí)際上，一般為10-1101m光通過(guò)相干長(zhǎng)度所需時(shí)間叫相干時(shí)間。2、相干時(shí)間（coherentlength）

光的單色性好，相干時(shí)間時(shí)間相干性也就好。時(shí)間相干性的好壞，就是用相干長(zhǎng)度δM（波列長(zhǎng)度）或相干時(shí)間

（波列延續(xù)時(shí)間）的長(zhǎng)短來(lái)衡量的。相干長(zhǎng)度和相干時(shí)間就長(zhǎng)，光通過(guò)相干長(zhǎng)度所需時(shí)間叫相干時(shí)間。2、相干時(shí)間（cohere3實(shí)際光源的譜線寬度與時(shí)間相干性準(zhǔn)單色光(quasi-monochromaticlight)3實(shí)際光源的譜線寬度與時(shí)間相干性準(zhǔn)單色光(quasi-m光源中心波長(zhǎng)/nm譜線寬度

/nm相干時(shí)間/s相干長(zhǎng)度L0/mm最大干涉級(jí)

m白熾燈5503003×10-150.0012汞燈（Hg）546.152×10-130.06109氖燈（Ne）632.80.0026.×10-102003.72×105氪燈（K86r605.80.00552.×10-10671.1×105鎘燈（cd）643.80.00131.1×10-93205×105非單色光源光場(chǎng)的相干性幾種典型光源的中心波長(zhǎng)和譜寬度

光源中心波長(zhǎng)譜線寬度相干時(shí)間相干長(zhǎng)度最大干涉級(jí)m白熾燈4時(shí)間相干性與譜線寬度的關(guān)系4時(shí)間相干性與譜線寬度的關(guān)系5時(shí)間相干性與相干長(zhǎng)度準(zhǔn)單色光持續(xù)發(fā)光時(shí)間有限，因而發(fā)射的波列長(zhǎng)度是有限的，相鄰波列之間相位關(guān)系是隨機(jī)的。縱向兩點(diǎn)S1,S2的相關(guān)程度取決于實(shí)際光程差與L0的比較。準(zhǔn)單色光持續(xù)發(fā)光時(shí)間有限，因而發(fā)射的波列長(zhǎng)度是有限的，相鄰波列之間相位關(guān)系是隨機(jī)的?？v向兩點(diǎn)S1,S2的相關(guān)程度取決于實(shí)際光程差與L0的比較。準(zhǔn)單色光持續(xù)發(fā)光時(shí)間有限，因而發(fā)射的波列長(zhǎng)度是有限的，相鄰波列之間相位關(guān)系是隨機(jī)的?？v向兩點(diǎn)S1,S2的相關(guān)程度取決于實(shí)際光程差與L0的比較。準(zhǔn)單色光持續(xù)發(fā)光時(shí)間有限，因而發(fā)射的波列長(zhǎng)度是有限的，相鄰波列之間相位關(guān)系是隨機(jī)的。縱向兩點(diǎn)S1,S2的相關(guān)程度取決于實(shí)際光程差與L0的比較。準(zhǔn)單色光持續(xù)發(fā)光時(shí)間有限，因而發(fā)射的波列長(zhǎng)度是有限的，相鄰波列之間相位關(guān)系是隨機(jī)的。5時(shí)間相干性與相干長(zhǎng)度準(zhǔn)單色光持續(xù)發(fā)光時(shí)間有限，因而發(fā)射5時(shí)間相干性與相干長(zhǎng)度5時(shí)間相干性與相干長(zhǎng)度6需要考慮時(shí)間相干性的場(chǎng)合楊氏雙孔干涉，光程差△L<d<<L0,時(shí)間相干性的問(wèn)題并不突出。邁克耳遜干涉測(cè)長(zhǎng)中，大光程差情況下，△L與L0可以相比，時(shí)