3.5 光的相干性.ppt

2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性 其相对位移量随着干涉光束间光程差 ? 的增大而增大，所以干涉场总强度分布的条纹可见度随着光程差的增大而下降，最后降为零。 0 V ? 1 ?2/?? 假设光源在 ?? 范围内产生的各个波长的强度相等，或以波数（k=2?/?）表示，在 ?k 宽度内不同波数的光谱分量强度相等(如图所示)。 0 I k I0 k0 k0-?k/2 k0+?k/2 2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性 则元波数宽度dk 的光谱分量在干涉场产生的强度为 I0 表示光强度的光谱分布(谱密度)，按假设条件，它是常数；I0dk 是在dk 元宽度的光强度。 2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性 在Δk 宽度内各光谱分量产生的总光强度为 第一项是常数，表示干涉场的平均光强度；第二项随光程差 ? 的大小变化，但变比的幅度越来越小。 2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性 由上式可得条纹可见度为 2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性 V 随 ? 的变化曲线如图所示。或者说，对一定的 ? ，V 随着?k 变化，?k 增大，可见度 V 下降： 0 V ? 1 ?2/?? 2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性 当Δk = 0，光源为单色光源时，V = 1； 当0 Δk 2?/Δ时，0 V1； 当Δk = 2?/Δ时，V = 0。 2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性 0 V ? 1 2?/? k=2?/? 实际上，光源并非等强度分布，但根据实际光谱分布求得的可见度曲线与上图所示的曲线相差不大，故与 V = 0 相应的最大光程差的数量级,仍可由(151)式决定. 2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性 对于单色光源，?? = 0，此二光经不同路径到达干 涉场总是相干的，即无论 ? 为多大，干涉条纹的 可见度恒等于 1。 2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性 对于复色光源Δ?≠0，只有Δ= 0，即二光的光程 相等时，才能保证 V = 1，一旦Δ≠0，其可见度 就要下降。 当 2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性 时，V = 0，完全不相干。能够发生干涉的最大光程差叫相干长度，用Δc表示。显然，光源的光谱宽度愈宽，?? 愈大，相干长度 ?c 愈小。 在实际应用中，除了利用相干长度考察复色性的影响外，还经常采用另外一个参量相干时间 ?c 来度量。?c 定义为 相干时间 ?c 反映了同一光源在不同时刻发出光的干涉特性，凡是在相干时间 ?c 内不同时刻发出的光，均可以产生干涉，而在大于?c 期间发出的光不能干涉. 2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性 由(152)式，波长宽度与频率宽度的如下关系： 2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性 相干时间?c 可以表示为 即 该式说明，?v 愈小(单色性愈好)，?c 愈大，光的时间相干性愈好。 2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性 任意一个实际光源所发出的光波都是一段段有限波列的组合，若这些波列的持续时间为?，则相应的空间长度为 L = c?，它们的初相位是无关的，因而它们之间不相干。 但由同一波列分出的两个子波列，只要经过不同路径到达某点能够相遇，就会产生干涉。 2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性 实际上相干时间 ?c 就是波列的持续时间 ?，相干长度 ?c 就是波列的空间长度 L。 因此可以说，光源复色性对干涉的影响，实际上反映了时域中不同二时刻光场的相关联程度，因而是光的时间相干性问题。 2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性 3.5.4 干涉的定域性 (Localizability of interference) 由前面的讨论已知，对于一般的实际光源，由于光的相干性影响，在进行双光束干涉实验时，所观察到的干涉条纹可见度随着观察地点不同而变化。 于是，干涉实验存在干涉定域性的问题。对于干涉条纹可见度尚佳的区域，称为干涉条纹的定域区。 * 3.5 光的相干性 (Coherence of light) 在实验中为了获得相干光，可采用分波面法或分振幅法，并对光源 S 分别假设是单色点(线)光源或单色扩展光源。 任何一个光源都具有有限的尺寸，所产生的光都不可能是单色光，利用这种光源进行干涉实验，其条纹可见度将下降，甚至完全不产生干涉，这就是光的相干性问题。 3.5.1 光的相干性 (Coherence of light) 在前面讨论光的干涉实验时，引入了表征干涉程度的参量—条纹可见度 V。