激光的单色性和时间相干性-1.ppt

* 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(?)应满足 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 M 1 M 2 M 2 G G 1 2 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HeNe Laser 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） *