光学时空相干性.ppt

§1.6光的时间与空间相干性 一、干涉条纹的可见度（或反衬度、对比度） 1、可见度(V)的定义 (1) 2、影响干涉条纹可见度的因素： （1）对于理想的相干点光源来说，主要因素是振幅比 （2） 若令 （3） （2）光源的非单色性，光源的线度。 3、所谓相干性，一般可理解为来自不同时刻或不同空间位置的光场之间的相关性。具体来说，当我们把同一光源发出的光分成两束，然后在空间某一点叠加时，如果可以形成干涉条纹，我们就说着两束光是相干的，反之就是非相干的。把来自不同时刻的光场之间的相关性称为时间相干性；把来自不同空间位置的光场之间的相关性，称为空间相干性。 二、光源的非单色性与光的时间相干性 1、光源的非单色性对光的干涉条纹的影响 2、最大光程差 与光源的光谱宽度的关系 图6.1 和范围内各个波长极大的分布 当 的第 级与 的第 级重合时，即： 同一级次内 与 之间明条纹宽度为： （4） 由此得干涉条纹的可见度降为零时的干涉级为： （5） 与该干涉级对应的光程差为实现相干的最大光程差即： （6） 上式表明，光源的单色性决定了产生清晰的干涉图样条纹的最大光程差 （即与光源的光谱宽度成反比） 3、相干长度 及波列长度 与最大光程差 的关系 (7) (8) 相干时间 相干长度与光谱宽度的关系 (9) (9)式表明，波列的空间长度与持续时间（寿命）是与谱线的宽度成反比的。 由此可见，“波列长度是有限的”与“光是非单色的”两种说法完全等效，它们是光源同样性质的不同表述。它们实际上是分别在时域和频域之间的描述.其之间的关系傅立叶变换 . 5、时间相干性 ① 定义：时间相干性是指沿传播方向多大距离内的两个点分出来的光才能满足相干条件。 （ 发光时间或寿命） ② 量度：时间相干性用相干波长（波列长度，最大光程差）或用相干时间（波列持续时间）来衡量 。 ③ 本质：从本质上看，时间相干性问题来源于光源发光过程在时间上的断续性或非单色性。从后果上看，时间相干性问题表现在波场的纵向（波线）上，集中于分振幅的干涉装置上。 图6.4 双缝干涉的波列长度与相干性 r2 x 图6.3 迈克逊干涉仪 三、光源的线度与光的空间相干性 实际的光源总是具有一定的宽度的，为此可以把它看成由很多线光源构成，各个线光源在屏上形成各自的干涉图样，这些干涉图样间有一定的位移，位移量的大小与线光源到屏的距离有关，这些干涉图样的非相干叠加使总的干涉图样模糊不清，甚至会使干涉条纹的可见度降为零。如图 图6.6 扩展光源的相干性 略去二阶小量 (10) 当光程差等于半个波长： 临界宽度bc 即 (11) (12) 称为相干孔径角 2、空间相干性的反比公式 现在从具体的干涉装置中解脱出来，倒过来的问题是、给定宽度为的面光源，在它照明空间中在波前上多大范围里，提取出来的两次波源还是相干的？这便是光场的空间相干问题。将(12)式反过来得所对应的双缝之间最大距离或最大孔径角: (13) 表示出了光场中相干范围的横向线度。 图6.8 (14) 4、空间相干性 ① 定义：光场的空间相干性是描述光场中在光的传播路径上空间横向两点在同一时刻光振动的关联程度，所以又称为横向干性。 ② 量度： 空间相干性用相干区域的孔径角或线度来描述. ③ 本质：从本质上看，空间相干性问题来源于扩展光源不同部分发光的独立性；从后果上看，空间相干性问题表现在波场的横方向上（波前），集中于分波前的干涉装置内。