光波的时间相干性与空间相干性课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第1章光的干涉,*,制作人 周杰,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第1章光的干涉,*,11/19/2024,第1章光的干涉,1.5,干涉条纹的可见度光波的时间相干性和空间相干性,1.5.1,干涉的可见度,1.5.2,光源的非单色性对干涉条纹的影响,1.5.3,时间相干性,1.5.4,光源线度对干涉条纹的影响,1.5.5,空间相干性,光的空间相干性与时间相干性是共存的，可用相干体积进行度量,相干体积,=,相干长度*相干面积,返回首页,10/8/2023第1章光的干涉1.5干涉条纹的可见度,11/19/2024,第1章光的干涉,1.5.1,干涉的可见度,可见度：亦称对比度、反衬度。是描述干涉图样中条纹的强弱对比的。其定义为：,返回,当,I,min,=o,时，,V,1,，条纹反差最大，清晰可见：,当,I,min,=I,max,时，,V,0,，条纹模糊不清，不可辨,影响可见度的因素：很多。对,理想的相干点光源,，主要因素是振幅比。由双光束干涉强度分布公式,可见度可表示为,若令,I,0,I,1,+I,2,=A,1,2,+A,2,2,双光束光强之和，则双光束干涉强度分布可表示为,频率单一；,初相位一定；,光束窄。,10/8/2023第1章光的干涉1.5.1 干涉的可见度可,11/19/2024,第1章光的干涉,1.5.2,光源的非单色性对干涉条纹的影响,干涉实验中，通常使用的光源并不是理想的单色光源，波长一般在,内。,由于每一个波长的光均形成一组干涉条纹，且,除零级外，其他各级条纹相互间是不重合的,，且,是非相干叠加,，叠加结果使得条纹的可见度下降。,波长为,的单色光，,j,级明纹的位置,波长为,的单色光，,j,级明纹的位置,j,级明纹的宽度,随着干涉级,j,的增大，同一级干涉的宽度增大，可见度下降,.,以杨氏干涉实验为例具体分析,10/8/2023第1章光的干涉1.5.2 光源的非单色性,11/19/2024,第1章光的干涉,条纹分辨的极限,条纹分辨的极限,：波长为,的,j,1,级与波长为,的,j,级条纹重合，条纹的可见度降为零。,与,V,0,，对应的干涉级为,与这对应的光程差是实现相干的最大光程差,max,称为相干长度。由光源的单色性决定,！这里是从干涉图样来分析的,返回,j,+,j+1,+,此时（,V,0,），在重合点,P,的光程差为,10/8/2023第1章光的干涉条纹分辨的极限条纹分辨的极,11/19/2024,第1章光的干涉,P,P,0,S,1,S,S,2,1.5.3,*,时间相干性,具体分析,实际光源的光谱线都有一定的频率宽度,（波长范围,）,-,亦即相应的发光时间,t,是有限的。因此所发波列的长度,L,c,t,也是有限的。,由于原子发光的随机性，不同波列间没有确定的初相位关系，所以不同波列间是不相干的。,P27,图,1-14,中,a,、,b,两波列是不相干的。如下图所示,a b,10/8/2023第1章光的干涉PP0S1SS21.5.3,11/19/2024,第1章光的干涉,具体分析,波列,a,经,s,1,、,s,2,分波面后次波列,a,1,、,a,2,。,若,a,1,、,a,2,在,P,点相遇，则出现干涉图样,若,a,1,、,a,2,不能同时到达,P,点，即光程差大于波列的长度。此时在,P,点相遇的是来自不同波列的光波，不相干，则无干涉图样,临界情况，,s,1,、,s,2,到,P,点的最大光程差等于波列的长度，即,max,L,。亦即,a,1,通过,P,点时，,a,2,刚好到达,P,点。,则有,波列的长度,L,（即是相干长度）由光源的单色性决定，,时间相干性描述到达空间定点处两列波的相关程度,若在观察点前后两时刻传来的光波来源于同一波列，则它们是相干光波。称该光波场具有时间相干性。,否则为非相干光波，称为无时间相干性。,继续讨论,P,P,0,S,1,S,S,2,！这里是从波源的发光机制来分析的,10/8/2023第1章光的干涉具体分析波列a 经s1、s,11/19/2024,第1章光的干涉,相干时间的度量,相干时间：考虑空间一定点,P,，光波列通过该点所需的时间，即定义为该光波的相干时间。,可见,相干时间是描述光场纵向相干性的；,相干时间由光源的单色性决定；,相干时间的长短反映光场时间相干性的好坏。长好，短差；,相干时间可用相干长度来度量,-,可通过迈克耳孙实验测量。,返回,10/8/2023第1章光的干涉相干时间的度量相干时间：考,11/19/2024,第1章光的干涉,s,P,r,0,P,0,r,0,d,S,1,S,2,r,2,r,1,d,s,1.5.4,光源线度对干涉条纹的影响,具体 分析,干涉实验中，通常使用的光源总是具有一定的宽度,扩展光源,。可看作是由很多条线光源构成的；,),由于每一个线光源在屏上均形成一组干涉条纹，这些条纹不重合，干涉图样间有一定位移，位移量的大小与线光源到屏的距离有关。这些条纹间是非相干叠加，叠加结果使得条纹的可见度下降。,10/8/2023第1章光的干涉 sP r0P0 r0,11/19/2024,第1章光的干涉,s,P,r,0,P,0,r,0,d,S,1,S,2,r,2,r,1,d,s,具体分析,以杨氏干涉实验为例,先讨论两个线光源,s,和,s,的情况,s,到,s,的距离,d,变大，,s,的干涉图样相对,s,的向下平移；,极限情况：,s,干涉图样的最大与,s,的最小重合，此时干涉条纹的,V,0,s,到,P,0,的光程差：,s,到,P,0,的光程差：,极限情况：,又,s,与,s,间的距离：,),若杨氏干涉实验中用的是扩展光源，,其宽度为,d,0,，且,d,0,=2d,。,面光源分成许多相距为,d,的线光源对，由于每对线光源叠加后的可见度为零，故整个干涉图样的可见度为零。,d,0,称为临界宽度,，扩展光源的线度大于、等于其值时，可见度为零,返回,10/8/2023第1章光的干涉 sP r0P0 r0,11/19/2024,第1章光的干涉,1.5.5,空间相干性,由临界宽度,(,实验装置给定时，对光源宽度的要求,),：,双缝的最大间距,(,光源宽度给定时，对缝间距的要求,),：,.S,1,.S,1,.S,1,”,d,0,),d,max,r,0,.S,2,.S,2,”,.S,2,在,r,0,、,d,0,及,给定时。,若缝宽等于或大于,d,max,，则屏上无干涉图样，,s,1,与,s,2,不相干；,若缝宽小于,d,max,，则屏上有干涉图样，,s,1,与,s,2,是相干，或称两光场具有,空间相干性,；,上图,S,1,与,S,2,、,S,1,”,与,S,2,”,相干，,S,1,与,S,2,不相干。,10/8/2023第1章光的干涉1.5.5 空间相干性由临,11/19/2024,第1章光的干涉,空间相干性,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；,亦即是说,，对给定宽度的扩展,d,0,光源，在它照明的空间中在横向波面上多大的范围内提取出来的两个次光源,S,1,和,S,2,还是相干的？,(,两次波源间距小于或等于,d,max,),空间相关性也称横向相干性；,空间相干性与光源的线度有关，光束窄空间相干性好；,实验中常通过限制光束的宽度，来提高光场的空间相干性,；,光的空间相干性与时间相干性是不能严格分割的。实际光源既有一定的宽度，也的一定的谱线宽度，光场的空间相干性和时间相干性是同时存在的。实际干涉中需同时考虑。,返回,10/8/2023第1章光的干涉空间相干性空间相干性：是描,作品欣赏,谢谢观看！,作品欣赏,