激光的单色性和时间相干性.ppt

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1、激光的单色性和时间相干性一、（激）光的单色性同一原子从E2跃迁至E1，发出频率为的光实际上，光谱线总有一定的频率宽度这是由于原子能级总有一定的宽度引起的图示为一条光谱线的光强按频率的分布在不同的频率d内，光强是不同的，用g()表示这种分布，则所以g()g()是以频率为横坐标，光的相对强度为纵坐标，来描述光谱线的，成为光谱线的线型函数光谱线的频率宽度越窄，光的单色性就越好普通光源中，氪同位素86（Kr86）灯发出波长=605.7nm的光谱线的单色性最好单模稳频氦氖激光器发出=632.8nm的光

2、谱线二、激光的时间相干性若同一光源在不同时刻发出的光在空间会合后能发生干涉，则称这两部分光具有时间相干性，这两时刻之差c称相干时间结合迈克尔逊干涉仪分析M1M2M2GG12单色光源反射镜2反射镜1若是理想单色光M2移动半个波长，屏幕光强交替变化一次当光谱线有一定宽度时（），会有什么影响呢？画出边缘两波长的光在屏幕出的亮度随光程差的变化情况考虑从到的每一波长的情况当光程差达到某个数值max时，波长为的第K+1个强度峰值与波长为的第K个强度峰值将重叠在一起从此以后，光程差再增加屏幕处则不能观察到合成

3、强度的明暗交替现象了。因此，波长宽度为的光能够在屏幕形成合成强度明暗交替的条件是：称为最大光程差因为由上式得可见，光谱线波长一定时，其越窄，max越长对Kr86对HeNeLaser相干长度和相干时间进一步讨论最大光程差max的物理意义在迈克尔逊干涉仪中，当光程差一旦超过max，这两光束就不再相干了因此，max也称为相干长度，记为max=Lc光通过相干长度所需要的时间称为相干时间，记c因为则表明，光谱线的频率宽度越窄，相干时间就越长在迈克尔孙干涉仪中，两束光线的光程差为，这

4、相当于两光束是由同一光源在不同时刻t1和t2先后发出的若Lc，则t2-t1c，这两束光就是相干的。所以，由同一个光源在相干时间c内不同时刻发出的光，经过不同的路程相遇，将能产生干涉。光的这种相干性，称为时间相干性三、激光的空间相干性从面积为A的光源发出的，并且通过与光源相距R且与传播方向垂直的面上相距不超过d的两点的光，在空间再度会合时，如能发生干涉，则称空间这两点的光具有空间相干性讨论狭缝宽度对干涉的影响当2l逐渐增大时，可以看到屏上的明暗条纹逐渐模糊起来当2l增大到一定程度时，屏上的明暗

5、条纹将模糊到完全分不清了。即观察不到干涉现象。当狭缝宽度2l较大时，应分别考虑从下分中央s0到至边缘各点各自发出的光线。每一点发出的光都会在屏幕上因干涉形成一套明暗条纹如果各套明暗条纹相互错开，将由于相互重叠以至于变成模糊一片，即观察不到干涉现象。下面做定量分析计算只分别考虑从中央s0和边缘处s01各自发出的光线在P点的光程差由几何关系，有二式相减，得所以即由于01比0多了一个恒定的光程差，所以从这两点发出的光在屏上的条纹相互错开可以看出，当满足这两套条纹才不至于明暗重叠换句话说，当狭缝的宽度2l

6、曾大到时，屏上将变成一片模糊将改写为并记则有（本教材直接给出的条件）如果记由于2很小，有代入得此式表明，入射光一定时若张角2=d/R固定，则狭缝宽度2l必小于/2，才能在屏处观察到干涉条纹若缝宽2l固定，则张角2必小于/2l，才能在屏处观察到干涉条纹光的这种相干性，称为空间相干性相干面积当满足在屏上才能产生干涉条纹将该装置绕z轴旋转90，实验结果不变可引入相干面积Ac光源面积由光源面积As内各点所发出的光，经过与光源相距R后，并于光源垂直的两点，如果这两点在Ac内，则通过这两点的光是想干的

7、光的空间相干性：指的是垂直光传播方向的截面上的空间相干性，是由相干面积来描述的在本教材中只有从光源面积小于发出的光，才能保证在内的光线具有相干性光源的相干体积Vcs光子观点光源的相干体积Vcs相格的空间体积和光源的相干体积相等--------属于同一光子态的光子是相干的（1）相格的空间体积、光波模或光子态所占有的空间体积，都等于相干体积（2）同一状态的光子、或是同一模式的光波是相干的同态光子的数目光子简并度-------同一模式内的光子数，相干体积内的光子数，同一相格内的光子数