物理光学25精品课件.ppt

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1、2.5光的相干性2.5.1光的相干性1. 光源的大小对条纹的可见度的影响——光的空间相干性光的相干性是由光源的大小和复色性决定若考察干涉场中的某一点P，则位于光源中点S的元光源在P点产生的光强度为：（2.5-1）距离光源中点S为x的C点处元光源在P点产生的光强度为是由C处元光源发出，经S1和S2到达P点的两支相干光的光程差由图可得如下近似结果：（2.5-2）是光源中点S的元光源发出的光波，经S1和S2到达P点的光程差。这里，是S1和S2对S的张角。因而从而（2.5-2）式可变为：（2.5-3

2、）宽度为b的扩展光源在P点产生的光强度为式中，第一项与P点位置无关，表示干涉场的平均强度，第二项表示干涉场光强度周期性地随△变化。由于第一项平均强度随着光源宽度的增大而增强，而第二项不会超过所以随着光源宽度的增大，条纹可见度将下降。（2.5-4）条纹可见度可表示为：★当时，光源为点光源：★当时，★当时（2.5-5）光的空间相干条件：通过S1和S2两点的光将不发生干涉，这两点的光场没有空间相干性。（1）对于一定的光波长和干涉装置，当光源的宽度光源的临界宽度：这里，表示两小孔对光源中心S的张角。（3）

3、对一定光源宽度b，S1和S2恰好不发生干涉时对应两点的距离称为横向相干宽度：（2）当光源的宽度小于bc/4时，可见度V0.9。光源的许可宽度：这里，表示光源对两小孔中心位置O点的张角。扩展光源为方形，光源照明平面上的相干范围相干面积：如果扩展光源为圆形相干面积为：横向相干宽度为：3）相干孔径角该式称为空间相干性的反比公式有时利用相干孔径角表征相干范围会更为直观：2.光源非单色性对条纹可见度的影响——光的时间相干性光源包含有一定的光谱宽度时，每一种波长的光生成各自的一组干涉条纹，相互间均有位移

4、，其干涉条纹如图所示：如图所示：光源的光谱宽度限制了干涉条纹的可见度。相对位移量随着干涉光束间的光程差的增大而增大，条纹可见度下降。设：光源在范围内产生的各波长的强度相等。或在波数k宽度内不同波数的光谱分量强度相等。则元波数宽度dk的光谱分量在干涉场中产生的强度为：（2.5-6）其中I0表示光强度的光谱分布（谱密度），是元宽度内的光强度。在波数宽度k的各光谱分量产生的总光强度为（2.5-7）上式第一项是常数，表示干涉场的平均光强度；第二项随光程差变化，但变化的幅度越来越小。条纹可见度对于一

5、定的△：增大，可见度就下降；★当时，光源为单色光源，★当时，有：★当时，有1.相干长度当二光的光程差为：这时，二光完全不相干。能够发生干涉的最大光程差叫做相干长度，用表示。显然，光源的光谱宽度越宽，越大，相干长度越小。2.相干时间相干时间定义：相干时间反映了同一光源在不同时刻发出光的干涉特性；★在相干时间内发不同时刻发出的光，均可以产生干涉；★大于相干时间的间隔内发出的光不能产生干涉。利用波长宽度与频率宽度的关系：相干时间可表示为：越小,越大，光的时间相干性越好。