分波前干涉光的相干性课件.ppt
2.2.3 光源宽度对干涉场衬比度的影响,概述 扩展光源(extended source of light)具有一定的尺寸和体积大量非相干点源的集合多组干涉条纹的非相干叠加降低衬比度,多组干涉条纹非相干叠加,衬比度变化,非相干,一、光源宽度对干涉条纹衬比度的影响,二、极限宽度,当光源宽度b增大到某个宽度b0时，干涉条纹刚好消失：,D d：,R b0、d：,b0称为光源的极限宽度，,此时L端的一级明纹中心在,一级明纹：,为观察到较清晰的干涉条纹通常取,d,D,R,极限宽度,b0,一 空间相干性的概念(spacial conherence),既包含相干成分，也包含非相干成分部分相干。由两个随即相位差 来描述,在非相干扩展光源照明空间中，横向两点光扰动之间一般是部分相干的，部分相干程度由观察平面上干涉场的衬比度来反映，这就是光场空间相干性的含义。,2.2.4 光场的空间相干性,二、相干间隔和相干孔径角,1、相干间隔,R一定时，d0 越大，光场的空间相干性越好。,由,则要得到干涉条纹，必须,令,相干间隔,d0,若 b 和 R一定，,相干间隔d0 是光场中正对光源的平面上能够产生干涉的两个次波源间的最大距离。,2、相干孔径角,相干孔径角：,0 越大空间相干性越好。,在0 范围内的光场中，正对光源的平面上的任意两点的光振动是相干的。,普通单色光源分波面干涉受到光源宽度的限制，存在条纹亮度和衬比度的矛盾。而激光光源则不受以上限制。,相干间隔也可以用相干孔径角来代替。,d0 对光源中心的张角。,三、相干间隔的应用举例,考虑到衍射的影响，有,使d=d0，则条纹消失。,利用空间相干性可以测遥远星体的角直径,由此得到：,测星干涉仪：,利用干涉条纹消失测星体角直径,遥远星体相应的d0 几至十几米。,迈克耳孙巧妙地用四块反射镜增大了双缝的缝间距。屏上条纹消失时，M1M4间的距离就是d0。,分析非单色性对杨氏干涉的影响,2.2.5 光场的时间相干性,一、光的非单色性,1、理想的单色光,2、实际光束：波列 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。,2.2.5 光的时间相干性,傅立叶变换：,对波列E(t)作傅立叶变换，得频谱分布：,波列的能谱：,（1）自然宽度,Ej,Ei,Ei,3、造成谱线宽度的原因,（2）多普勒增宽,（3）碰撞增宽,Ej,1 光谱双线结构导致衬比度周期性变化,两条谱线杨氏干涉强度,单谱线杨氏干涉强度,二、多谱线对衬比度的影响,1 光谱双线结构导致衬比度周期性变化,2 准单色线宽导致衬比度的下降 方垒型谱函数下干涉场的衬比度,2 准单色线宽导致衬比度的下降方垒型谱函数下干涉场的衬比度,2 准单色线宽导致衬比度的下降 准单色线宽与干涉测长量程的关系,3、干涉条纹衬比度下降的物理图像,设能产生干涉的最大级次为kM，,又,则有,三、相干长度与相干时间,1、相干长度（coherent length）,两列波能发生干涉的最大波程差叫相干长度。,：中心波长,才能发生干涉。,波列长度就是相干长度：,相干长度,能干涉,不能干涉,只有同一波列,分成的两部分，,经过不同的路,程再相遇时，,普通单色光：,激光：,（实际上，一般为10-1 101m）,（理想情况）,光通过相干长度所需时间叫相干时间。,2、相干时间（coherent length）,光的单色性好，,相干时间,时间相干性也就好。,时间相干性的好坏，,就是用相干长度M（波列长度）,或相干时间（波列延续时间）的长短来衡量的。,相干长度和相干时间就长，,3 实际光源的谱线宽度与时间相干性,准单色光(quasi-mono chromatic light),非单色光源光场的相干性几种典型光源的中心波长和谱宽度,4 时间相干性与谱线宽度的关系,5 时间相干性与相干长度,准单色光持续发光时间有限，因而发射的波列长度是有限的，相邻波列之间相位关系是随机的。,纵向两点S1,S2的相关程度取决于实际光程差与L0的比较。,准单色光持续发光时间有限，因而发射的波列长度是有限的，相邻波列之间相位关系是随机的。,纵向两点S1,S2的相关程度取决于实际光程差与L0的比较。,准单色光持续发光时间有限，因而发射的波列长度是有限的，相邻波列之间相位关系是随机的。,纵向两点S1,S2的相关程度取决于实际光程差与L0的比较。,准单色光持续发光时间有限，因而发射的波列长度是有限的，相邻波列之间相位关系是随机的。,纵向两点S1,S2的相关程度取决于实际光程差与L0的比较。,准单色光持续发光时间有限，因而发射的波列长度是有限的，相邻波列之间相位关系是随机的。,5 时间相干性与相干长度,6 需要考虑时间相干性的场合,杨氏双孔干涉，光程差LdL0,时间相干性的问题并不突出。,迈克耳逊干涉测长中，大光程差情况下，L与L0可以相比，时间相干性引起的干涉条纹衬比度下降的问题不可忽视。最大光程差LM受限于相干长度L0，,空间相干性与时间相干性的区别与联系。,6 分波前干涉应用（1）瑞利干涉仪测量气体和液体的折射率两路光的光程差发生变化：亮条纹移动距离与光程差的关系 实验中可以测得干涉条纹位移数m,
