《光的干涉中的时空相干性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光的干涉中的时空相干性（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、光的干涉中的时空相干性张凤霞，付文羽(陇东学院 电气工程学院，甘肃 庆阳745000)摘 要;通过光的相干条件，对光的干涉中的时空相干性进行分析和讨论。关键词：光的干涉；时间；空间；相干性Temporal And Spatial Coherence of Light InterferenceZhang Fengxia,Fu Wenyu(Electrical Engineering College,Longdong University,Qingyang745000,Gansu,China)Abstract:Key Wordsdnterference of light; Time; Space;
2、 Coherence.1引言光波的时空相干性是物理学中极为重要的一个概念。相互迭加的两列波是否会产生干的 持续时间有联系的时间变量，也要考虑与光源的尺寸有关联的空间变量，而且还要考虑被分 成的两束光相遇前光程差的大小。然而光的相干性是一个较为复杂的问题，所以有必要对光 场的时空相干性作较为深入的探讨。2相干条件能够引起干涉现象的光源称为相干的。不是所有的光源都是相干的(如两盏灯泡)，所以 只有光源满足一定条件时才能相干，即：(1) 两列光波频率相同且在相遇点振动方向相同、位相差恒定。(2) 所产生的振动的振幅不能相差太大。(3) 两列光波在相遇点的光程差不能太大。3时间相干性时间相干性是在同一
3、光源形成的光场中，同一地点不同时刻的光之间的相干性。现在来考 察一下杨氏干涉实验，如图1所示,研究杨氏干涉51和凡所发二光波在屏幕上迭加成的干 涉条纹。设:为光源所发光的平均持续时间,一般乙在1于85数量级，即辐射的不是无限正弦 波，而是一个波列,其在真空或空气中平均波列长度为:L。一几C。不考虑光源线度对干涉条 纹清晰度的影响,t和t+址分别为光自51和从传到尸点所用的时间。若匀瓦,则和一个波列 所对应的两个波列在尸点总能有相遇机会，可产生干涉条纹越大，同一波列所对应的二波 列重迭部分越小,条纹越不清晰。若爼 乙，两个波列在尸点不能相遇，干涉条纹完全消失。由 此可见，瓦表征光源在不同时刻所发
4、光仍可产生干涉现象的界限称为相干时间。L。为可产 生千涉现象的光程差的界限，称为相干长度。光源在时间间隔T之内所发光是相干的，超过这 界限所发的光是不相干的，光波这种具有一定相干时间:。的性质,便是它的时间相干性。:或 几越大，时间相干性就越好，所以用r。和L。可以衡量光源时间相干性的好坏程度。由上述讨论可知，波列的长度至少等于最大光程差，所以得波列的长度L为 上式表明，波列长度羽光源的谱线宽度成反比，即光源的单色性好，光源的谱线宽度就小， 波列长度就长。又由波列的长度可确定它通过考察点所需的时间，即显然，衡量光波场时间相干性好坏是由相干时间的长短。4空间相干性空间相干性是在同一光源形成的光场
5、中，不同地点同一时刻的光之间的相干性。如图4 所示，实际的相干光源并非无限小,它们都有一定的线度。即使光源所发波列为无限长,即真正 的单色光，也可能使干涉条纹模糊或根本不出现干涉条纹。干涉条纹的清晰程度除与光源线 度有关以外,还和屏G的位置（即D。）以及S,还d有关。若给定光源的线度和D。，则在屏G 存在一个以0点为对称中心的一块面积A,只要S1 和S2在乙A上则在观察屏幕上能够产生 干涉条纹，若S1和S2在A之外则不能产生干涉条纹，这一面积称为相干面积,光源这一具有 相干面积的性质称为空间相干性。A越大，空间相干性越好，所以可以用A来量度空间相干性 的好坏。图4 ff-定线度的相干光源的-涉
6、综上所述，光场的空间相干性是描述光场中的光的传播途径上空间横向两点在同一时刻光 振动的关联程度，所以又称为横向波相干性。显然，光的空间相干性与光的线度有关。5时空相干性的统一光的空间相干性和时间相干性总是共存的。例如在杨斯实验中，考虑屏上离P。点较远时， 不仅涉及空间相干性问题，也出现了时间相干性问题，因为光波分别从S1和S2传播到场 点所需要的时间不同，可见，在实际干涉场中光的空间相干性和时间相干性总是共存的。再 说光源不同部分的独立程度和光波波列长短也有关系，不能设想真的有一个点光源发出无限 长波列而两点光源又是相互独立的。实际问题电时空二因素是联系在-起。6结论从以上讨论可知,光的干涉中
7、的时空相干性的本质在于光既具有波动性又具有粒子性,即， 波粒二象性。但是，空间相干性和时间干性是两个不同的概念，虽然它们都是看光场中各点会 产生干相的问题，然而，空间相干是由面光源不同部分发光的独立性引起的，表现在光场的横 方向（波前）上。而时间相干性是由光源发光过程在时间上的不连续性引起的，表现在光场的 纵方向（波线）上。参考文献：【1】姚启均.光学教程M. 2版.北京：高等教育出版社，1989： 36-43.【2】 王继红.光的时空相干性J.北京石油化工学院学报，2002, 8（2）： 12.【3】刘国城.光的干涉中的时空相干性J.胜利油田职工大学学报，2000，14（2）.【4】韩淑文.光波时空相干性的实验演示J.齐齐哈尔大学学报，2007,23（5）： 9.
