2.5光的相干性

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1、10/4/20212.5光的相干性实验室获得相干光，对光源的要求分波面法--单色点(线)光源；分振幅法--单色扩展光源；实际上，任何光源都具有一定大小(扩展光源)，产生的光不可能是单色的。用实际光源进行干涉实验，其条纹可见度下降，甚至不产生干涉--光的相干性2.5.1光的相干性2.5.2相干性的定量描述2.5.3激光的相干性2.5.4干涉的定域性10/4/20212.5.1光的相干性光的干涉程度--条纹的可见度V；影响V的主要因素--光源的特性光源的大小和单色性1.光源大小对条纹可见度的影响光的空间相干性2.

2、光源非单色性对条纹可见度的影响光的时间相干性10/4/2021sPr’0P0r0dS1S2r’2r’1bs’1.光源大小对干涉条纹可见度的影响具体分析杨氏干涉实验中，通常使用的光源总是具有一定的宽度－扩展光源。可看作是由很多条线光源构成的；由于每一个线光源在屏上均形成一组干涉条纹，这些条纹不重合，干涉图样间有一定位移，位移量的大小与线光源到屏的距离有关。这些条纹间是非相干叠加，叠加结果使得条纹的可见度下降。)10/4/2021sPr’0P0r0dS1S2r’2r’1bs’具体分析－以杨氏干涉实验为例先讨论两

3、个线光源s’和s的情况s’到s的距离b变大，s’的干涉图样相对s的向下平移；极限情况：s’干涉图样的最大与s的最小重合，此时干涉条纹的V＝0s到P0的光程差：s’到P0的光程差：极限情况：又此时，s’与s间的距离：)10/4/2021继续讨论若杨氏干涉实验中用的是扩展光源，其宽度为b时。返回时,通过S1、S2两点的光场不发生干涉。这两点光场没有空间相干性。常将bc=/=(r0’/d)称为光源的临界宽度。β＝d/r0’是干涉装置中的两个小孔S1和S2对S的张角。即对于一定波长和干涉装置，当光源的线度b’

4、较大，且满足sPr’0P0dS1S2bs’)扩展光源可分成许多相距为b的线光源对，由于每对线光源叠加后的可见度为零，故整个干涉图样的可见度为零--不发生干涉。10/4/2021光的空间相干范围给定光源线度b及波长,考察S1、S2的距离对条纹可见度的影响。sPr’0P0dS1S2b/2s’(由临界宽度：可得光通过S1、S2恰好不发生干涉时，这两点间的距离若扩展光源是方形，则由它照明平面上的相干范围的面积(相干面积)为称为光源的横向相干宽度若扩展光源是圆形，则由它照明平面上的相干范围的面积(相干面积)为10

5、/4/2021普通光源相干面积--很小直径为1mm的圆形光源，若λ=0.6μm，在距光源1m的地方，横向相干宽度约为0.7mm，相干面积AC≈0.38mm2干涉装置中小孔S1和S2的距离，必须小于0.7mm才能产生干涉条纹。从地面上看太阳是一个角直径θ=0032’=0.009rad的非相干光源，若认为太阳是一个亮度均匀的圆盘面，且只考虑λ=0.55μm的可见光，则太阳光直射地面时，它在地面上的相干面积是直径约为0.08mm的圆面积。10/4/2021光的空间相干性空间相干性：是描述光场中在光的传播路径上空间横

6、向两点在同一时刻光振动的关联程度；亦即是说，对给定宽度的扩展b光源，在它照明的空间中在横向波面上多大的范围内提取出来的两个次光源S1和S2还是相干的？(两次波源间距小于或等于dt)空间相干性也称横向相干性；空间相干性与光源的线度有关，光束窄－空间相干性好；实验中常通过限制光束的宽度，来提高光场的空间相干性；10/4/2021光源的相干孔径角相干孔径角c返回当b和λ给定时，凡是在该孔径角以外的两点(如S1′和S2′)都是不相干的，在孔径角以内的两点(如S1″和S2″)都具有一定程度的相干性(图2-61)。可见

7、，相干孔径角βC与光源宽度b成反比。并称该式为空间相干性的反比公式。10/4/20212.光源的非单色性对条纹可见度的影响继续讨论干涉实验中，通常使用的光源并不是理想的单色光源，波长一般在＋内。由于每一个波长的光均形成一组干涉条纹，且除零级外，其他各级条纹相互间是不重合的，且是非相干叠加，叠加结果使得条纹的可见度下降。波长为的单色光，j级明纹的位置波长为＋的单色光，j级明纹的位置j级明纹的宽度随着干涉级j的增大，同一级干涉的宽度增大，可见度下降.以杨氏干涉实验为例具体分析10/4/2021条

8、纹分辨的极限条纹分辨的极限：波长为的j＋1级与波长为＋的j级条纹重合，条纹的可见度降为零。与V＝0，对应的干涉级为与这对应的光程差是实现相干的最大光程差Δmax称为相干长度。由光源的单色性决定返回j+j+1+此时（V＝0），在重合点P的光程差为10/4/2021PP0S1SS2时间相干性具体分析实际光源的光谱线都有一定的频率宽度（波长范围）--亦即相应的发光时间t是