06光源的非单色性对干涉条纹的影响多光束干涉

Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China时间相干性temporalcoherence多光束干涉MultipleBeamInterferencePoet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China(a)双线结构(b)单色线宽2112,nm1~——单色性差一般固体、半导体光源nm310~——单色性好一般气体光源nm610~——单色性好要借助单模稳频、压缩线宽等技术实现1.非单色性的两种典型光源的非单色性对干涉条纹的影响Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China0——准单色光2.光谱双线结构导致反衬度周期性变化：初始等光程0Lλ1亮纹，λ2亮纹干涉条纹清晰光程差增加2010)21(NNLλ1亮纹，λ2暗纹干涉条纹模糊光程差再增加20100)12(22NNLLλ1亮纹，λ2亮纹干涉条纹清晰20N双线结构使条纹反衬度随ΔL作周期性变化Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China用具有双线光谱的光源（如钠光灯）照明时，每条谱线的光产生干涉条纹，其光强分布为：LkIII1101101cos1cos1LkII2202cos102010III21IILILkkLkkILkLkILI2cos2cos12coscos221210210221kkkkkkk21)2cos()(LkLPoet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China)2cos()(LkL2022)(NkLTPoet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China启发提供了一个分解双谱线的测量方法：1、先由低分辨率的分光仪粗测平均波长2、再由迈克尔逊干涉仪平移动臂以改变光程差，直到视场模糊不清，计下条纹变动数目。02N2122Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China3.单色线宽使条纹反衬度随光程差单调下降：]cosk1[]cosk2k2ksin1[0000LILLLI)(LI22sinLkLk22kLmmL入射光单色性越好，ΔLm越大Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China光场的时间相干性Q1S1S2S2S1S1S相干1S2S完全非相干——准单色光源发射波列长度是有限的，相邻波列之间的相位关系是随机变化的设微观上看持续发光时间为：0相应的空间展开的波列长度以光程表示为：0L00cL1.相干时间和相干长度Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China0L1S2SL0LL0(a)0LL0(b)0L0(c)1S2S完全非相干(a)1S2S部分相干(b)1S2S近乎完全相干(c)0：相干时间0L：相干长度Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China2.时间相干性的突出表现——长程差干涉当两路光程差ΔLL0时，由同一波列分解出来的1，2两路波列还有可能重迭，这时能够发生干涉，既干涉条纹有一定的反衬度。若两路光程差ΔLL0时，由同一波列分解出来的两路波列首尾错开，不再重叠，而相互重叠的是由前后两波列a，b分解出来的波列，它们是非相干光波，这时不发生干涉，反衬度为0表明干涉测长仪中双臂的最大光程差ΔLm受限于相干长度L0干涉测长仪的最大量程lm等于相干长度L0的一半002121cLlmPoet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China3.波列长度与谱线宽度互为表里最大光程差受限于准单色光的谱线宽度最大光程差受限于波列长度光源的非单色性一定的发光时间谱线宽度Δλ波列长度L02mL0LLm20L（推导略）Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China20L0L10波列长度即相干长度越长，则单色性越好；一次持续发光时间越长，则单色性越好（见P142图3-57）TemporalcoherenceisamanifestationofspectralpurityPoet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China•Ifthelightwereideallymonochromatic,thewavewouldbeaperfectsinusoidwithaninfinitecoherencelength.•Allrealsourcesfallshortofthis,andallactuallyemitarangeoffrequencies,albeitsometimesquitenarrow.•Forinstance,anordinarylaboratorydischargelamphasacoherencelengthofseveralmillimeters,whereascertainkindsoflasersroutinelyprovidecoherencelengthsoftensofkilometersPoet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China光场的相干性小结实际光源光场的相干性实际光源时间相干性空间相干性扩展性非单色性b0L10相干孔径角相干面积相干长度相干时间)2cos()(LkL22sinLkLkPoet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,ChinaPoet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,ChinaFabry-Perotinterferometers法布里－玻罗干涉仪Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,Chinainhcos2hnn1n11’2’3’1231.反射、透射相干光束rr12ttr斯托克斯倒逆关系：反射多光束35423321~~~~iiiAettrUAettrUAettrUArrAU透射多光束364243221~~~~iiiAettrUAettrUAettrUAttUinhcos42振幅以等比递减，位相以等差递增除第一束以外振幅值等比，位相等差相邻两束光Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China斯托克斯倒逆关系：Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China1）当反射率r较低时(r«1,t≈t´≈1)：43214321AAAAAAAA反射光只考虑前两束光的相干场2）当反射率r较大时(r≈1)：43214321AAAAAAAA反射光的振幅近似相等，透射光的振幅依次递减但相差无几，均可看到清晰的相干场Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China2.多光束干涉的光强分布和特点：透射多光束干涉场为：ARUUijjTRe1)1(~)(~1透射多光束干涉的共轭场为：ARUiT－Re1)1()(~*透射多光束干涉强度为：2sin)1(41~~)(220*RRIUUITTTPoet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China2sin)1(41)(220RRIIT2sin4)1(1)(2200RRIIIITR011）同心圆环多光束干涉的光强