109光源的时间相干性和空间相干性对干涉、衍射现象的影响
摘要：光波作为一种概率波，其波动性已早已为我们所熟知，并且基于其波动特性的干涉和衍射现象已用于科学研究和生产实践的各个领域。因此，提高光波的相干性对充分利用干涉和衍射现象具有重要意义。光波的相干性与光源的性质有着密切的联系，因此搞清楚光源的时间相干性和空间相干性具有重要意义。
关键词：时间相干性；谱线宽度；空间相干性
正文：
光源的时间相干性体现为其单色性，即所发射光子频率的离散程度。其具体数值指标为谱线宽度，其值越小说明发射光子频率的离散程度越小，光源的单色性越好，其时间相干性越好。普通单色光源的谱线宽度的数量级为千分之几纳米到几纳米，而激光的谱线宽度只有nm,甚至更小，因此，激光的相干性要远远优于普通单色光源。也正是基于激光的强相干性，光学全息技术、非线性光学、激光制冷技术、原子捕陷等近代物理技术才获得了快速的发展。并且，多光子吸收等在普通单色光源下不可能发现的现象也在激光出现后被发现，极大地促进了人们对原子更为精系结构及能级跃迁机理的认识。
光源的空间相干性体现为光源的大小对相干性的影响。由于从普通光源的不同部位发出的光是不相干，因此光源的大小必然影响到其相干性。其具体临界数量关系式为：bd=R,其中为单色光的波长，R为光源与衍射孔的距离，b为光源的宽度，d为衍射孔的距离。当d,R, 固定时，光源的宽度b必须小于R/d,才可以在衍射屏上观察到干涉条纹。同样，当b,R,固定时，d必须小于R/b,称该值为相干间隔，以此来衡量光源的空间相干性。由于激光光源各处发出的光都是想干的，所以激光光源的光场相干间隔的限制，这也是激光具有强相干性的原因之一。迈克尔逊侧性干涉仪巧妙地利用了空间相干性原理来测得恒星的角直径，便是利用空间相干性的典型例子。
在光栅光谱仪的实验中，减小光入射缝的宽度实际上是相当于减小了b，从而提高了光源的空间相干性，故得到原子光谱的谱线更加精细，体现在电脑图谱上就是突起变得更加尖锐。
ｌ２ 物理实驻第２２卷第４期
光的时间相干性及傅里叶变换光谱分析实验系统的研制
朱 昊赵子英 严瑛白
（清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京１０００８４）
摘 要：光的时间相干性匣傅里叶变换光谱分析实验系统可以实时采集和分析各种光源在迈克耳孙干涉仪上
产生的干涉条纹信号，并进行傅里叶变换“分析光源的频谱．系统运用多媒体声音和动画演示技术ｔ达到生动形象
的现场教学效果
关键词：相干性；傅里叶变换｝光谱分析
中图分类号：０４３８．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ００５ ４６４２（２００２）０４一ＳＯｌ２ ０３
Ｌｉｇｈｔ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ
ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｙｓｔｅｍ
ＺＨＵ Ｈａｏ ＺＨＡＯ Ｚｉ——ｙｉｎｇ ＹＡＮ Ｙｉｎｇ——ｂａｉ
（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｉ ａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ
Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ．１０００８４）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｅｘｐｅｒ［ｍｅｎｔａ［ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｃｏｌ
ｔｅｃｔ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｒｉｎｇｅ ｓｉｇｎａｌｓ ｏｆ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅｓ ｏｎ Ｍ［ｃｌ￣ｅｌｓｏｎ［ｎｔｅ ｒｆｅｒｏｍｅ
ｌｅｔ ａｔ ｒｅａｌ ｌｉｍｅ．Ｉｔ ｃａｎ ａｌｓｏ ｏｐｅｒａｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅｓ．Ｉａ
ｖｉｒｔｕｅ ｏｆ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ａｕｄｉｏ ａｎｄ ａｎｉｍａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａ ｖｉｖｉｄ ｆｉｅｌｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ．
目 录
引言 ................................................................1
1光源时间相干性的概述及其理论分析 ..................................1
1.1干涉条纹的对比度 ................................................1
1.2光源单色性 ......................................................2
1.3时间相干性 ......................................................2
2实验原理 ..........................................................3
2.1光源相干长度、相干时间的测量原理 ................................3
2.2波长的测量原理 ..................................................5
2.3钠灯D双线（D1、D2）波长差的测量原理 ...........................6
3实验设计与方案 ....................................................7
3.1各种光源干涉条纹的调节及与相干长度、相干时间的测量 ..............7
3.2实验数据记录及处理 .............................................10
结束语 .............................................................12
参考文献 ...........................................................13
浅析光的时间相干性及在实验中应注意的问题
目 录
中文摘要
Abstract
引言……………………………………………………………………………………… 1
1.光的相干……………………………………………………………………………… 1
1.1干涉条纹的对比度………………………………………………………………… 1
1.2 空间相干性………………………………………………………………………… 1
1.3 时间相干性………………………………………………………………………… 2
2.迈克尔孙干涉仪……………………………………………………………………… 5
2.1迈克尔孙干涉仪装置……………………………………………………………… 5
2.2迈克尔孙干涉仪原理……………………………………………………………… 5
3.应用…………………………………………………………………………………… 5
3.1用迈克尔逊干涉仪测量汞相干长度……………………………………………… 7
3.1.1实验方法………………………………………………………………………… 8
3．1.2数据记录………………………………………………………………………… 8
3.1.3 实验结果………………………………………………………………………… 9
3.2用迈克尔逊干涉仪测量钠相干长度………………………………………………… 9
3.2.1 实验数据结果…………………………………………………………………… 9
致谢……………………………………………………………………………………… 10
参考文献………………………………………………………………………………… 10
浅析光的时间相干性及在实验中应注意的问题
1 引言
虽然光学是物理学中最古老的一门基础学科，但是在当前科学研究中依然活跃，具有很强的生命力和研究价值。从十七世纪开始，人们发现彩色的干涉条纹并开始对其进行观察研究，一直以来以光的直线传播观念为基础的光的本性理论动摇了，从此开始进入了光的波动理论的萌芽期。十九世纪初，波动光学初步形成，产生了很多一系列的干涉方面的理论，光源的时间相干性概念也就是此刻被提出并引入了干涉理论当中去的。
