电子科技大学：《光学原理 Principles of Optics》课程教学资源（课件讲稿）第三章 光场的二阶相干性基础

第三章 光场的二阶相干性基础

第三章 光场的二阶相干性基础

本章为容Contents ○3.1光的时间相千性 ●3.2准单色光的千涉 ©3.3光的空间相千性 ●3.4二阶相千性的基本描述 ●3.5典型相千实验的数学描述 ○3.6准单色条件

Contents 3.2 准单色光的干涉 3.6 准单色条件 3.1 光的时间相干性 3.5 典型相干实验的数学描述 3.4 二阶相干性的基本描述 3.3 光的空间相干性

g3-1 光的时间相干性

3-1

1、相干性的宏观现象 在杨氏干涉实验中，当用不同波长的光照明单孔，或使用 多色光的点光源时，各个波长均会各自产生一组干涉条纹， 各组干涉条纹的间距不同。干涉场中各点的总光强就应是 各个单色图样的强度之和。 不同波长的第m级条纹将错开的距离为： 对于准单色光： 4 <1 A

1、相干性的宏观现象 在杨氏干涉实验中，当用不同波长的光照明单孔，或使用 多色光的点光源时，各个波长均会各自产生一组干涉条纹， 各组干涉条纹的间距不同。干涉场中各点的总光强就应是 各个单色图样的强度之和。 mD l d    对于准单色光：  1   O 不同波长的第m级条纹将错开的距离为： x

干涉条纹的可见度（对比度，反衬度）(Contrast) 光的谱宽、偏振的退化和初始相位的不确定等因素会影响条 纹的明显程度。 max AA max X

X I Imin Imax Imax 干涉条纹的可见度（对比度，反衬度）(Contrast) 光的谱宽、偏振的退化和初始相位的不确定等因素会影响条 纹的明显程度

条纹的可见度： V= max min 描述干涉现象的明显程度 max + min 对于两光束干涉： ∫1mx=(A+4)月 11=(4-4)月 (A+A)2-(A-A)2 (4+A)2+(4-A)P A 1+ A 2A1A2 1+ A (A2+A22) A

条纹的可见度: max min max min I I V I I    描述干涉现象的明显程度 2 max 1 2 I  (A  A ) 2 min 1 2 I  (A  A )     1 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 1 2 1 2 1 2 2 ( ) ( ) ( ) ( ) 1 A A A A A A V A A A A A A          1 2 1 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 ( ) 1 A A A A V A A A A                 对于两光束干涉:

▲I=A2+A,2+2AA2c0s△p V= 244 (A2+A22) =A2+A2+V(42+A2)cos△0 令1。=1+5=4+42 I=I(1+Vcos△p) ▲决定可见度的因素： 振幅比，光源的单色性，光源的空间宽度等

▲    2 1 2 cos  2 2 2 I A1 A A A 1 2 2 2 1 2 2 ( ) A A V A A   2 2 2 2 1 2 1 2      A A V A A ( )cos  0 I I V    (1 cos )  令 2 2 0 1 2 1 2 I I I A A     ▲ 决定可见度的因素： 振幅比， 光源的单色性， 光源的空间宽度等

可见度与振幅比的关系： ●若A1=A2→ △A Imax =24 -4π-2π Imin =0 02π4π△0 可见度好(V=1) .∴.=1 条纹最清楚 1 ●若 A≠A2→ 个 ..V0→ 可见度变差(V〈1) ≈Imin max /min 条纹模糊不清， .V≈0 -4π-2元02元4π △0 不可分辨 可见度最差(V=0)

● 若 A1  A2 I min  0 max 2A1 I    V 1 条纹最清楚 ● 若 1 2 A A/ 0  max min I  I 1 2 I  I I -4 -2 0 2 4  4I1 可见度好 (V = 1) 1 2 I  I I Imax Imin -4 -2 0 2 4  可见度变差 (V < 1) ● 若 A1  A2   V 1 条纹可见度变差 可见度与振幅比的关系： I Imax= Imin -4 -2 0 2 4  可见度最差 (V =0)   V 0 条纹模糊不清， 不可分辨

2、时间相干性的宏观表现 光源的非单色性对干涉条纹的影响 1、理想的单色光 2、准单色光、谱线宽度 准单色光：在某个中心波长（频率）附近有一定波长 (频率)范围的光。 谱线宽度： o 谱线宽度 <<1 2 △2 20

1、理想的单色光  、 2、准单色光、谱线宽度 谱线宽度： 准单色光：在某个中心波长（频率）附近有一定波长 （频率）范围的光。   0  0 I I0 谱线宽度 2 0 I 2、时间相干性的宏观表现 光源的非单色性对干涉条纹的影响 0 1    

造成谱线宽度的原因： 自然宽度（由能级的宽度造成) E △E,+AE, △V= h E △E, 多普勒增宽 △ycV, 碰撞增宽 AVxz∝p(T-定)，p→△v

● 自然宽度（由能级的宽度造成）  Ej Ei Ei h Ei  Ej   造成谱线宽度的原因： ● 多普勒增宽 v      ● 碰撞增宽   p     v，   z  p (T一定)，  Ej ·