第七讲--光的相干性(新)VIP免费

第七讲光的相干性§6-1相干条件和对比度干涉是相干波叠加而引起强度重新分布的现象。相干性则表明了相干波光场物理量之间的相关性质以及产生干涉的条件。两光波能够干涉的必要条件（相干条件）是：（1）频率相同；（2）存在相互平行的偏振分量；（3）具有稳定的相位差。这说是说频率不同，偏振方向互相垂直，相位差不稳定的光波彼此之间不相干。干涉光强是相干光波的复振幅叠加后的光强。由于在两相干光波交叠的区域中不同位置处相干波之间的相位差不同，因而干涉光强也不同，所以相干波叠加会产生空间明暗相间的干涉条纹。而非相干光叠加则是强度叠加，总强度处处都等于各光波强度之和。因此，对于相干性最方便、直接的量度是干涉条纹的对比度（有时也称之为可见度，反衬度等），即干涉场中干涉maxminmaxmin(61)IIKII条纹的清晰程度，它定义为：11(62)0KKK完全相干部分相干完全不相干其中和分别是干涉场中光强的极大值和极小值。K可区分为以下三种情况：maxIminI相干效应可分为空间相干性和时间相干性。前者与光源的几何尺寸有关，后者则与光源的相干长度或单色性（带宽）有关。迈克耳逊干涉仪为测量时间相干性提供了一种方便的技术；空间相干性则由杨氏双逢实验作出了最好的证明。§6-2空间相干性与杨氏干涉仪实际上许多光源都不是理想的点光源，而是有一定的几何尺寸的扩展光源。它包含着众多的点光源，每一个点光源都产生彼此相互独立的一组干涉条纹。由于每个点光源的位置不同，因此它们产生的每组干涉条纹彼此间会发生位移。这样在总干涉场的强度分布中暗条纹的强度不再为零，因此使对比度下降。当光源尺度大到一定值时，一组的亮条纹会与另一组的暗条纹相重合，对比度可以下降为零，致使完全看不到干涉条纹。因此在做干涉实验时，必须考虑到光源中的不同位置处光波的干涉，也就是光源的几何尺寸对干涉条纹的影响，即空间相干性。杨氏双缝实验可以对空间相干性做出最好的解释。在图1.1中的杨氏干涉装置中，假定轴上点S和轴外点S’为两个独立的点光源。当这两个点光源各自产生的干涉条纹彼此位移半个条纹间距时,屏上干涉条纹消失,总强度处处相等,表明扩展光源的几何尺寸达到了空间相干性所要求的极限尺度,即光源的临界尺度。cb当点光源S向下移动到S’处时,零级干涉条纹从O点向上移至P点,位移为。显然点光源位置移动引起的光程差为:y()LP表明点光源下移时,干涉条纹一定上移。在傍轴近似下:21122112(6.5)rrRRysdrdRysrrdRRdrR11221221()0(6.3)(6.4)LPRrRrRRrr由(6.4)和(6.5)式:(6.6)rysR(6.7)yrd对点光源S,通过杨氏装置在屏上形成的一组干涉条纹在光轴上O点处为零级(对应)。当时,可求得在屏上干涉条纹间距:12rr12RR21rry利用(6.7)式可以从干涉条纹间隔求得光波长。如果由于点光源移动使得屏上干涉条纹移动了半个条纹间距，则两组干涉条纹强度相加的结果使屏上强度处处相等，则看不到干涉条纹，即对比度K为零或称完全不相干。此时相应的点光源移动距离为点光源移动极限，即：ys12ysls1(6.8)222lRRRRsyyrrrrdd(6.9)cRRRbyrrrdd因此，空间相干条件为。而实际光源为连续扩展光源，并非只有两个点光源，而是在两个边缘点光源之间连续分布着无穷多个点光源。显然，在这种点光源连续分布的情况下，边缘点光源产生的干涉条纹只彼些位移半个条纹间距时，屏上的合成强度仍有一定的对比度；只有当时，对比度才会下降到零，即干涉条纹完全消失。此时所对应的边缘点光源间距，即为空间相干性所要求的扩展光源尺寸的极限（图1.2）。光源的相干尺度为：csbyy12y2sdR(6.10)cccRRdbb为S0对扩展光源之张角。如果扩展光源是正方形，则被它照明的平面上的相干面积为：cb设为面光源的照明空间中波前上两个次波源S1和S2之间的相干距离，S0为连线与光轴之交点，则由上式得：12SScd22()(6.11)ccAd1.22(6.12)cd理论证明，对于圆形光源，其照明平面上的横向相干宽度为：其相干面积为：221.220.61()()(6...