物理实验研究论文--光源时间相干性的研究

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1、2013年大学生物理实验研究论文光源时间相干性的研究蒋琴（02012526）（东南大学，南京211189）摘要：本文介绍了光的时间相干性概念，利用迈克尔逊干涉仪，对白光及具有不同谱线宽度光源的干涉现象进行观察对比，测量出它们的线宽及相干长度，对测量结果进行分析，得出光源的相干时间、相干长度与干涉条纹清晰度关系的一般性结论。加深对光源时间相干性的理解。关键词：对比度；相干时间；相干长度StudyontemporalcoherenceofthelightsourceJiangQin(SoutheastUniversityNanJing211189)Abstract:Thisarticlei

2、ntroducestheconceptoftemporalcoherenceoflight,byusingtheMichelsoninterferometer,weobservedandcomparedtheinterferencephenomenonofwhitelightanddifferentlightsource,measuretheirlinewidthandcoherencelength,analyzetheresultofthemeasurement,drawageneralconclusionabouttherelationshipofthecoherencetime,

3、thecoherencelengthandthefringes’clarity.Deepentheunderstandingoflightsourcetemporalcoherence.keywords:Contrast;Coherencetime;Coherencelength.蒋琴（1994.4.28-？）女中国重庆南川东南大学机械工程学院机械设计与自动化2826640538@qq.com102013年大学生物理实验研究论文引言：迈克尔孙干涉仪是1883年由美国物理学家迈克尔孙及莫雷合作制造出来的精密光学仪器。由于它的设计精巧、用途广泛，是许多现代干涉仪的原型，可以进行多种精密光学

4、量的测定。近年来，由于和热光源有关的新颖实验的开展以及辐射统计性质与热光源不同的激光器的问世，人们试图更加严格地定义像“相干性”那样的概念，描述更大范围内的相干现象。光源的相干性分为空间相干性和时间相干性，光源的时间相干性是掌握光的干涉和衍射现象的一个很重要的方面，它用相干长度和相干时间来表示。光源时间相干性主要是与干涉现象中条纹的清晰度有着很大的关联，知道了它们之间内在的影响关系之后，就可以很容易地通过改变某些条件来得到对比度较好的条纹，从而便于我们观察和认识，也更便于我们理解和掌握波动理论的基础知识。102013年大学生物理实验研究论文一、光场的时间相干性原理及理论分析1.1干涉条

5、纹的对比度(1.1)式(1.1)中，分别表示观察点附近的极大，极小光强。当暗条纹全黑时，也就是时，，此时条纹的反差最大，干涉条纹最清晰；当时，，此时条纹模糊，甚至不可辨认，看不到干涉条纹。一般的，总是在之间。关于干涉条纹的对比度，影响因素有很多，主要因素有产生干涉的两束光的光强比、光源的大小以及光源单色性的好坏等，本论文就是主要研究光源时间相干性与光源单色性的关系，讨论其对干涉条纹对比度的影响。1.2光源单色性一般使用的单色光源其实并不是单一频率的理想光源，它的光谱线总是有一定的宽度的，如图1.1所示，显示的是一个中心波长为，线宽为的波长分布。由于在这一波长分布范围内的每一波长的光均会

6、形成各自的一组干涉条纹，而且各组干涉条纹除零级条纹完全重合外，其他各级条纹互相间均有一定的位移。这样各组条纹的非相干叠加的结果就会使条纹的可见度下降。102013年大学生物理实验研究论文图1.1非理想单色光源的波长分布只有在光源单色性好，也就是线宽较小时，产生的各组干涉条纹相互各级之间的位移才会减小，对条纹对比度的影响也就降低了。1.3光源的时间相干性图1.1迈克尔孙干涉仪光源的时间相干性概念，可以通过分析迈克尔孙干涉仪（图1.1）的工作原理而引进，在图一中，从小光源S发出的稳定光束被部分镀银的镜子分解（振幅分解）为两束。然后，这两束光沿着不同长度的路径传播，最后到达点而重新汇合。如果

7、这两束光的光程差小于某一确定的数值，这两束光的相对时间延迟也就小于，其中是光在真空中的传播速度，那么在处就能观察到干涉条纹。观察到干涉条纹表明，只要，在光束中的一个固定点上，时刻的光扰动和时刻的光扰动之间就存在相关性。延迟时间就成为这束光的相干时间，而光程差称为这束光的相干长度。它们是从不同的方面描述了光源的时间相干性，相互间有一定的联系。光场的时间相干性可以从光源发光的微观过程来说明，原子的发光是断续的、无规则的，发出的光波波列是有限长的、非