1、論述光的空間相干性和時間相干性論述光的空間相干性和時間相干性 目錄目錄概述概述1空間相干性空間相干性2時間相干性時間相干性3總結總結4 光的干涉：干涉現象是波動獨有的特征，光也是波，就必然會觀察到光的干涉現象。兩列或幾列光波在空間相遇時相互疊加，在某些區域始終加強，在另一些區域則始終削弱，形成穩定的強弱分布的現象。 光的相干性：兩束光在某一點相遇產生干涉的條件是：頻率相同、振動方向相同、位相差恒定。簡單地可以分為相干光和非相干光。 相干光源：能夠觀察到干涉條紋的理想光源，是從一無限小的點光源發出無限長光波列，用光學方法將其分為兩束，再實現同一波列的相遇迭加，能得到穩定的干涉條紋的光源。 概述概

2、述 實際的相干光源和理想的相干光源有兩點重要的不同，一是理想相干光源所發出的是無限長光波列，而實際相干光源所發出的是有限長光波列；二是理想相干光源為一幾何點，而實際相干光源總有一定的線度。因此，我們應注意以下兩方面的問題： (1)由于實際相干光源所發出的光波列為有限長，若兩束光到達觀察點的光程差超過一個波列的長度，在該處就不能實現相干迭加。所以，波列長度和光程差的大小是影響干涉條紋清晰度的一個重要因素。概述概述 (2)由于實際相干光源有一定的線度,即使光源上的每個點所發出的光都是無限長波列,能保持恒定的位相差而形成穩定的干涉條紋,但由于光源上不同點發出的光所形成的干涉條紋分布不同,迭加的結果仍

3、使條紋看不清楚.所以,光源的線度以及干涉裝置的結構,是影響干涉條紋清晰度的另一個重要因素 以上兩個方面分別是指光的空間相干性和光的時間相干性是對光的干涉效應的影響。 我們會從光的干涉效應角度出發分別討論光的空間相干性和光的時間相干性，介紹與其相關的幾個概念。 概述概述 在楊氏雙縫干涉裝置中，保持其它不變，而僅僅使光源s移動，如果有兩個點光源s，s1，其中s處在中心軸線上，而s1在中心軸線外，則每一個光源發出的光經過雙縫后，各自形成一套干涉花樣。這兩套干涉條紋互相交替，如果一套的亮條紋正好處在另一套的暗條紋位置，干涉條紋的反襯度將會大大降低，甚至無法觀察到明顯的明暗條紋分布。這種情況就是我們要討

4、論的光波長的空間相干性的問題。空間相干性空間相干性空間相干性空間相干性楊氏雙縫干涉實驗裝置楊氏雙縫干涉實驗裝置xzy 雙縫間距為d，兩個屏間距為r，光波的波長為，光源在x方向上的線度為x。有下式滿足時，可以出現干涉現象：dr/ x。 如果光源在y方向上的線度為y，則光源的發光面積為a= xy。在光場中與光源相距r處的空間有一塊垂直于光傳播方向的面積 就稱為光場的相干面積。空間相干性空間相干性arac22 它的物理意義是：面積為a的光源內各點所發出的波長為的光，通過與光源相距為r并與光傳播方向垂直的平面上的兩點，如果這兩點位于相干面積ac內，則這兩點的光場是相關的，因而它們能產生干涉效應。光的這

5、種相干性稱為光的空間相干性。所以說，光的空間相干性是指垂直于光傳播方向的截面上的光場的空間相干性，這種相干性是由相干面積來描述的。空間相干性空間相干性 為了對光的相干性以總的描述，在激光物理中引入了相干體積這一概念。所謂相干體積是指以光場的相干面積ac為底，以相干長度lc為高所限定的空域。其值為 利用 上式可寫為： 上式的物理意義是：具有頻率- +范圍內的光波在空間體積vc內是相干的。空間相干性空間相干性arvc223c/carvc42 通過上述的討論我們可以看到，光的相干性與實驗裝置的縫間距，屏間距等空間量有著密切的關系，因此我們將光的相干性與實驗裝置諸空間量的這種、關系，或者將光的相干性受

6、裝置諸空間量的制約影響叫作“光的空間相干性”。空間相干性空間相干性 時間相干性時間相干性楊氏雙縫干涉實驗裝置楊氏雙縫干涉實驗裝置 時間相干性時間相干性設由分光源s，s所發出的單色相干光的平均持續時間為,則平均波列長度為lc=c，c為光速。在不考慮光源線度對干涉條紋清晰度影響的情況下，若光源s發出的光傳播到光屏ee上p點所用時間為t1，光源s發出的光傳播到光屏ee上p點所用時間為t1 +t，則當t時，兩列光波位相間無確定關系，不能產生干涉現象。 下面介紹光的相干時間的兩個度量：相干長度和相干時間。 相干長度： 相干時間： 或 由以上兩式可以得出相干性反比公式：時間相干性時間相干性2lctcc1c

7、cclccccc221 時間相干性時間相干性 由時間相干性的反比公式可以得出：當越小（即光源單色性越好）時，則相干時間越大，繼而相干長度越大。 綜上可知，發光持續時間，可以作為能否產生干涉現象的一個界定量，稱之為相干時間。 相應地，波列長度lc(即兩列相干波到達觀察點的最大光程差)，稱為相干長度。 或lc越大，時間相干性越好，反之就越差。結語結語 通過以上關于光的空間相干性和時間性的一些介紹，我們現在簡單地進行一下歸納總結，分別從以下幾個方面討論一下光的空間相干性和時間相干性的區別。 本質：空間相干性源于擴展光源不同部分發光的獨立性； 時間相干性源于發光過程在時間上的斷續性。 效果：空間相干性表現在光波場的橫向，并集中于分波前干涉； 時間相干性表現在光波場的縱向，并集中于分振幅干涉。 結語結語 數學描述： 空間相干性：相干線度： 相干孔徑角： 相干性反比公式： 時間相干性：相干長度： 相干時間： 相干性反比公式： bldc/b/b/l2cc/21結語結語 說明：（1）要注意的是時間相干性和空間相