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在教学中有学生提出这样的问题:产生干涉的条件是两列波的频率相同,相差恒定,振动方向相同。而激光是自然光,振动方向向各个方向都有(这在光的偏振实验中已看到),为什么激光还有很好的相干性呢?如:让激光直接照射在双缝上,就会发生光的干涉,而在双缝前并不需要单缝。
要解释上面的问题,应对激光的相干性有所了解。
首先光的相干性包括时间相干性和空间相干性。原子的发光时间Δt与所发光的频率宽度Δυ成反比,也就是说,Δυ愈小,Δt就愈长。
在普通光源中,原子发光过程都是自发辐射过程,各个原子的辐射都是自发地、独立进行的,因而各个原子发出的光子在频率、发射方向和初位相上都是不相同的,所以,在光源的不同位置发出来的光各不相同,不具备空间相干性;而它的Δυ很大,所以Δt就很短,因而也不具备时间相干性。所以普通光源发出的光不是干涉光。
而对激光器来说,它所发射的激光单色性很好的,即激光的Δυ非常小,比普通光的Δυ要小得多。因而激光的相 干时间Δt很大,即激光的时间相干性是很好的。
那么,激光的空间相干性又怎样呢?在激光器内,开始时光波的空间是不相干的,但在多次来回反射的衍射孔边缘处,由于光的衍射而扩散,不仅向外也向内发射光束。也就是说,衍射孔使从光束截面上各点射出的光线互相混合,等效为一束光变成了几束光。所以在许多次衍射后,光束截面上一个点的光,不再仅与原光束的一个点有联系,而是和整个截面有联系。因此截面上各点是相关联的,在这种情况下,就建立了光束的空间相干性,光波就成为空间相干的了。所以尽管激光是自然光,振动方向向各个方向都有,并不影响激光的空间相干性。
参考文献:
[1]姚启钧.光学教程[M].北京:高等教育出版社,2005.4
(栏目编辑 罗琬华)
要解释上面的问题,应对激光的相干性有所了解。
首先光的相干性包括时间相干性和空间相干性。原子的发光时间Δt与所发光的频率宽度Δυ成反比,也就是说,Δυ愈小,Δt就愈长。
在普通光源中,原子发光过程都是自发辐射过程,各个原子的辐射都是自发地、独立进行的,因而各个原子发出的光子在频率、发射方向和初位相上都是不相同的,所以,在光源的不同位置发出来的光各不相同,不具备空间相干性;而它的Δυ很大,所以Δt就很短,因而也不具备时间相干性。所以普通光源发出的光不是干涉光。
而对激光器来说,它所发射的激光单色性很好的,即激光的Δυ非常小,比普通光的Δυ要小得多。因而激光的相 干时间Δt很大,即激光的时间相干性是很好的。
那么,激光的空间相干性又怎样呢?在激光器内,开始时光波的空间是不相干的,但在多次来回反射的衍射孔边缘处,由于光的衍射而扩散,不仅向外也向内发射光束。也就是说,衍射孔使从光束截面上各点射出的光线互相混合,等效为一束光变成了几束光。所以在许多次衍射后,光束截面上一个点的光,不再仅与原光束的一个点有联系,而是和整个截面有联系。因此截面上各点是相关联的,在这种情况下,就建立了光束的空间相干性,光波就成为空间相干的了。所以尽管激光是自然光,振动方向向各个方向都有,并不影响激光的空间相干性。
参考文献:
[1]姚启钧.光学教程[M].北京:高等教育出版社,2005.4
(栏目编辑 罗琬华)