11光源的相干性一.PPT

1.1 光源的相干性 一、时间相干性 时间相干性：描述的是空间中的某一点P在不同时刻经过该点的光波场空间的相干性。 相干时间tc：在光传播方向上的某一点P处，可以使不同时刻经过该点的两个光波场E1和E2之间能够产生相干性的最大时间间隔。 P t 一、时间相干性 普通光学中，两束光产生干涉现象的条件 在两束光的相遇区域内： 两束光频率相同、相差恒定、偏振方向相同 根据相干时间tc的定义：在光传播方向上，两个光波场之间能够相遇的最大时间间隔也就是每列光波经过P点的持续时间。 P t 一、时间相干性 ?tt，两列光波在传播方向上没有交叠区域； ?t=t，两列光波在传播方向上首尾相连； ?tt，两列光波在传播方向上有交叠区域； P ?t t P ? t t P ? t t 相干时间tc=每列光波经过P点的持续时间 P点处某一列光波的振动情况： 一、时间相干性 （1.1.1） ——振幅 ——中心频率 对于任何事物的描述都可以从几个方面进行 一、时间相干性 颜色 形状 大小 燃料的种类 稳定性 性能: 外观: 尾气排放量 P点处某一列光波的振动情况： 在时间域中来描述P点处光场随时间的变化，也可以在频率域中描述光场随频率的变化 一、时间相干性 ——振幅 ——中心频率 时域信号 频域信号 傅里叶变换 下面我们通过傅里叶变化来观察P点处光场在频域中是如何变化的： 一、时间相干性 求其模的平方即可得到光强随频域的变化，即光源的频谱： 介绍一个函数——辛格函数 计算结果为： 2 2 光强随频域的变化关系，即光源的频谱为： 一、时间相干性 根据谱线宽度的定义，光强下降到最大值一般时所对应的两个频率的间隔称为谱线宽度。 谱线宽度图 2 2 c 2 光源的时间相干性实际上描述的是光源的单色性 光源的相干时间tc越长，频谱宽度?ν越窄，它的单色性越好，相干性也就越好 上式说明： 一、时间相干性 二、空间相干性 定义：描述的是某一时刻，不同空间点处光波场之间的相干性。 根据空间点的位置不同，又可分为纵向空间相干性和横向空间相干性。 定义：在光传播方向上，两个不同点处的光波场具有相干性的最大空间距离（间隔）, 也就是（光源所发出的）光波列的长度，我们将其取名相干长度Lc来进行描述。 纵向空间相干性 1 （1.1.5） 二、空间相干性 （1.1.6） P2 ?L Lc P1 根据光谱学中光源单色性参数R的定义： 纵向空间相干性 1 二、空间相干性 得到 该式进一步说明了相干时间 和相干长度 是反映光源单色性物理量。 横向空间相干性 2 二、空间相干性 定义：在与光传播方向垂直的平面上，任意两个不同点S1、S2处光波可具有相干性的最大面积，常用相干面积Ac来进行描述。 Δθ 横向空间相干性 2 二、空间相干性 该式称为空间相干性反比公式，即光源的线度与相干孔径角的乘积为常数。 在杨氏双缝干涉实验中，宽度为 的光源（A）照射两对称小孔S1 、S2 后，光波场具有明显相干性的条件为： 横向空间相干性 2 二、空间相干性 得出 该式的物理意义是：在光传播方向上，张角 之内的光波是相干的，光源的面积必须小于 ，因此，将 称为光源的相干面积。或者说，只有从面积 小于 的光源面上发出的光才能保证张角在 之内的光具有相干性。 为了综合描述纵向空间相干性和横向空间相干性，将相干长度和相干面积的乘积定义为一个新的物理量—相干体积。 综合空间相干性 3 二、空间相干性 物理意义：如果要求传播方向上 角之内并具有频带宽度 的光波相干，则光源应该局限在空间体积Vc之内。 综合空间相干性 3 二、空间相干性 例题： 为了使氦氖激光器的相干长度达到1千米，它的单色性应为多少？ 相干长度与相干时间的关系为： 相干时间与谱线的宽度关系为： 所以 光源单色性参数 R：