物理光学(哈工大)3.5.ppt

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1、3.5光的相干性(Coherenceoflight)在实验中为了获得相干光，可采用分波面法或分振幅法，并对光源S分别假设是单色点(线)光源或单色扩展光源。任何一个光源都具有有限的尺寸，所产生的光都不可能是单色光，利用这种光源进行干涉实验，其条纹可见度将下降，甚至完全不产生干涉，这就是光的相干性问题。3.5.1光的相干性(Coherenceoflight)在前面讨论光的干涉实验时，引入了表征干涉程度的参量—条纹可见度V。(1)当V=1时，条纹最清晰，表示光束完全相干；(2)当V=0时，无干涉条纹，表示光束完全不相干；(3)当0

2、时，条纹清晰度分于上面两种情况之间，表示光束部分相干。3.5.1光的相干性(Coherenceoflight)影响条纹可见度的最主要因素是用于干涉实验的光源特性；光源的大小和复色性。1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性在杨氏干涉实验中，如果采用点光源，则通过于涉系统将产生清晰的干涉条纹，V=l。如果采用扩展光源，其干涉条纹可见度将下降。PSIDoS1S2dr1r2双缝单缝屏干涉条纹光强分布点光源对于每个点光源都将通过干涉系统在干

3、涉场中产生各自的一组干涉条纹，由于各个点光源位置不同，它们所产生的干涉条纹之间有位移。1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性干涉场中的总光强分布为各条纹强度的总和，其暗条纹的强度不再为零，因此可见度下降。当扩展光源大到一定程度时，条纹可见度可能下降为零。1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性假设是以S为中心的扩展光源SS，则可将其想象为由许多无穷小的元光源组成，整个扩展光源所产生的光强度便是这些元光源所产生的光强度之和。若考察干涉场中的某一点P，则位于光源中点S的元

4、光源(宽度为dx)在P点产生的光强度为1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性I0dx是元光源通过S1或S2在干涉场上所产生的光强度；是元光源发出的光波经S1和S2到达P点的光程差。1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性对于距离S为x的C点处的元光源，它在P点产生的光强度为是由C处元光源发出的、经S1和S2到达P点的两支相干光的光程差。1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性由图中几何关系可以得到如下近似结果：1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性R1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性式中

5、，=d/R是Sl和S2对S的张角。1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性因此R所以，(138)式可写为1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性第一项与P点的位置无关，表示干涉场的平均强度，第二项表示干涉场光强度周期性地随变化。1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性宽度为b的扩展光源在P点产生的光强度为由于第一项平均强度随着光源宽度的增大而增强，而第二项不会超过2I0/，所以随着光源宽度的增大，条纹可见度将下降。1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性根据(140)式，可求得条纹可见度为1.光源大

6、小对条纹可见度的影响—光的空间相干性随着b的增大，可见度V将通过一系列极大值和零值后逐渐趋于零。2lb1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性当b=0、光源为点光源时，V=1；当0

7、将不发生干涉，因而这两点的光场没有空间相干性。为光源的临界宽度。通常称1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性=d/R是Sl和S2对S的张角。当光源宽度不超过临界宽度的1/4时，由(141)式可计算出这时的可见度V>0.9。此光源宽度称为许可宽度bp，可以用这个许可宽度来确定干涉仪应用中的光源宽度容许值。1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性对一定的光源宽度b，通常称光通过Sl和S2恰好不发生干涉时所对应的这两点的距离为横向相干宽度，以dt表示，1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性=d/R或以扩展光源对O

8、点(S1S2连线的中点)的张角表示1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性如果扩展光源是方形的，则由它照明平面上的相干范围的面积(相干面积)为1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性理论上可以证明，对于圆形光源，其照明平