光源為什麼會有時間相乾性

1. 光的時間相乾性和空間相乾性怎麼理解

時間相乾性與波的線寬有關；而空間相乾性則與波源的有限尺寸有關。
波在空間不同區域可能具有不固定的相位差，只有在一定空間范圍內的光波才有相對固定的位相差，使得只有一定空間內的光波才是相乾的。這種特性叫做波的空間相乾性。
時間相乾性，與波傳播時間差有關，由不確定的位相差導致的，只有傳播時間差在一定范圍內的波才具有相對固定的位相差從而相乾的特性叫波的時間相乾性。
通常由光源的有限大小產生，相乾性與選擇作為次級波元的相對位置有關，而與成像或者接受屏位置無關。

設擴展光源上不同的點發出的光是不相乾的。擴展光源上不同的兩點a和b發出的光波在距離為z處的兩個點A,B處的位相差是不一樣的,相差2πdD/λz。a,b之間發出的光波在A,B兩個點的位相差與a點發出的光在A,B的位相差之差在0到2πdD/λz之間。由AB兩處的光波作為次波源相干而成的光相當於由光源S上不同點的發出光在AB兩處的光場產生的干涉光的非相干疊加。如果dD/λz遠大於1，那麼非相干疊加就會使得每個干涉光產生的條紋完全抵消，最終看不見干涉條紋。對於已知形狀的均勻光源，可以嚴格積分出抵消程度與dD/λz的關系。因此，空間相乾性又可以用於測量光源大小。

光源的時間相乾性體現為其單色性，即所發射光子頻率的離散程度。其具體數值指標為

譜線寬度，其值越小說明發射光子頻率的離散程度越小，光源的單色性越好，其時間相乾性越好。普通單色光源的譜線寬度的數量級為千分之幾納米到幾納米，而激光的譜線寬度只有10nm,甚至更小，因此，激光的相乾性要遠遠優於普通單色光源。也正是基於激光的強相乾性，光學全息技術、非線性光學、激光製冷技術、原子捕陷等近代物理技術才獲得了快速的發展。並且，多光子吸收等在普通單色光源下不可能發現的現象也在激光出現後被發現，

極大地促進了人們對原子更為精系結構及能級躍遷機理的認識。

2. 有關光源的時間相乾性

光源發光中各波列之間的初相位和倆波列之間的時間差都是隨機的
就單獨這兩個波列而言，可以干涉
但是大量這種情況產生的光強疊加由於隨機性，什麼也看不出來
所以說沒有干涉
假如你能製造某光源，初相位完全一致，個波列長度相同，間隔相等，那麼就能發生你那種干涉
僅供參考

3. 光的時間相乾性和空間相乾性怎麼理解

時間相乾性是指光源的頻率不同對干涉條紋的反差的影響，相應地，空間相乾性是指光源的空間分布即幾何形狀對干涉條紋的反差的影響。

4. 光源為什麼會有時間相乾性大神們幫幫忙

在物理學里，相乾性 (拉丁文 cohaerere ) ，又稱同調性，描述波在傳播時，其物理量在不同地點或不同時間的相關特性。這相關特性是由於波相位的變化而產生的。因為相位的差別，兩個波的疊加會造成建設性干涉或摧毀性干涉。假設，兩個波的相位差別為常數，則這兩個波的頻率必定相同，稱這兩個波為相乾的。相干度 (degree of coherence) 是專門用來表示波的相關特性的一種度量，可以由干涉顯明度 (interference visibility) 計算出來。干涉顯明度是兩個波干涉圖案的強度對比。 一般而言，給予不相乾的光源，我們不能夠觀測到干涉圖案[1]。例如，太陽可以被視為，由許多不相乾的發光點，聚合而成。每一個發光點只會發光一小段時間 ，製造出一個波列，而後，再也不會發光。為了要能觀測到，這類光源產生的，兩個波列疊加的干涉圖案，我們必須要有曝光時間在 數量級的攝影儀器。在舊時，並沒有這么精確的攝影儀器。所以，我們無法，從不相乾的光源，觀測到干涉圖案。 為了要觀測到干涉圖案，我們必須從不相乾的光源，製造出相乾性較高的光波。有兩種方法可以達到這目標。第一種方法稱為分隔波前法，我們可以使用狹縫過濾來增加光波的空間相乾性。從狹縫透射出來的波前，大致都有同樣的相位。楊氏雙縫實驗就是使用這種方法，來得到相乾性較高的光波。第二種方法稱為分隔波幅法。我們也可以用半透射，半反射的鏡子，將一束光波一分為二，人工製造出兩束相乾的光波。所得到的兩束光波會有同樣的相位。邁克爾遜干涉儀使用的是第二種方法。 自從雷射，激微波的發明，科學家不再被尋找相乾性的光源這問題困擾。雷射所製造出來的波列通常能維持 之久。這給予我們足夠的曝光時間來計錄干涉圖案。

5. 時間相乾性的時間相乾性的產生

時間相乾性與源的單色性直接相關。例如光波，假設光源發出的波頻率在ω1-ω2的范圍內。由不同傳播路徑傳播至同一點的兩路光波具有與頻率有關的相位差。在無色散的情況下，不同頻率的光波的光程差L是一定的，而位相差等於2πL/λ。只有L=0，也就是光程差為零的時候，位相差才與波長或者說頻率沒有關系。頻率為ω1的光波的位相差與頻率為ω2的位相差之差為2πL/λ1-2πL/λ2=2πLΔλ/λ^2。而頻率在此之間的光波的位相差之差在0到這個值之間。最終的光場是各頻率光各自的相干結果的非相干疊加。當2πLΔλ/λ^2遠遠大於1時，非相干疊加就會使得干涉條紋消失。
對光波進行頻譜分析，譜線寬度越窄，或單色性越好，相干時間越長，即時間相乾性越好。

6. 光源的相干時間，相干長度是怎麼定義的

相干時間就是信道保持恆定的最大時間差范圍，發射端的同一信號在相干時間之內到達接收端，信號的衰落特性完全相似，接收端認為是一個信號。如果該信號的自相關性不好，還可能引入干擾，類似照相照出重影讓人眼花繚亂。

在物理學中，相干長度表示的是相干波（例如電磁波）保持一定的相干度進行傳播的距離。相干長度越大，相干時間越長，那麼光源的時間相乾性越好。

(6)光源為什麼會有時間相乾性擴展閱讀

多模（multimode）氦氖激光的相干長度一般為20厘米，而單模（singlemode）的相干長度可超過100米。一些半導體激光的相干長度可達幾百米，但小型的簡易半導體激光的相干長度較短（某二極體激光器的相干長度為20厘米）。

譜線寬度為幾千赫茲的單模纖維激光器的相干長度能大於100公里。光學頻率梳由於梳齒之間狹窄的譜線寬，也可以達到相似的相干長度。

7. 研究光的相乾性的意義

1. 由光場的經典干涉效應度量的相乾性
在經典光學中，光的相乾性是通過兩列光波，根據波的
疊加原理，讓光波滿足一定的條件而出現的干涉現象來說明
的。這里的相干條件是，兩列波頻率相同，振動方向相同，相
位相同或相差恆定。為了滿足相干波的條件，可以使用濾色
片，讓來自不同頻率的光頻率相同，使用偏振片，讓振動方向
相同，但相位差恆定這一條件能否滿足呢？我們知道，在平
面單色波傳播的波場中，任意兩個不同的時空點的光場之間
存在著確定的相位關系，這種相位關系原則上可以取場的不
同部分進行疊加，通過觀察到的干涉效應而獲得證實。當
然，這里的平面單色波只是一種理想的假設。實際中的光
源，是由大量原子構成的，當處於激發態的原子躍遷到低能
級的過程中就會輻射出光波。來自不同原子的輻射是斷續
的、無規則的，而且原子的發光彼此獨立，互不相關，換言之，
任何兩個原子發光時，彼此並無「約定」，即使由同一原子在
不同時刻所產生的輻射場，其相位關系也可以是完全隨機
的。由此看出，相位差恆定的條件很難滿足。因此，實際光
源產生的光場並不是理想的平面單色波。
在傳統的光學中，所謂光場的相乾性指的就是場的相位
關聯的程度。這種關聯由干涉條紋的可見度V[2]來測量。
V =Imax- IminImax+ Imin(1)
式中Imax與Imin分別為最大光強和最小光強，當兩個不
同時空點的光場產生干涉圖樣，其Imin=0(暗條紋全黑)時，
V =1，條紋的反差最大，清晰可見，這兩時空點的場被認為
是相乾的。當Imax= Imin時， V≈0，條紋模糊不清，甚至不可
辨認，此情形時，則認為兩光場完全不相干。若0< V <1
時，則稱光場為部分相干。總之，傳統光學中的相乾性實質上
是由光場的經典干涉效應來度量的。
2. 光場的時間相乾性
真實光場中任兩個時空點並不一定具有相乾性。當時間
滿足一定條件時，我們可認為光場具有時間相乾性。它表徵
在同一空間點不同時刻光場的相干程度。經典光學中引進相
干時間Δτ0來描述光場的時間相乾性，邁克爾遜干涉儀是比
較不同時刻光場的相位關系的典型裝置。當兩臂光路的時間
延遲Δτ遠大於Δτ0時，干涉條紋完全消失，光場的相干時間
取決於其頻譜的寬度Δυ，且有如下關系:
Δτ0∝1Δυ(2)
而長度Lc =Δτ0C =λ2Δλ稱為相干長度。對於光場中兩個確
定的點，若前後兩個時刻傳來的光波隸屬於同一波列，則它
們是相干光波，稱該光波場具有時間相乾性，否則為非相干
光波，稱該光場無時間相乾性。顯然，衡量光波場時間相乾性
的好壞是Δτ0的長短。Δτ0是光通過相干長度所需的時間。上
述討論表明，光波場的時間相乾性是和光源的單色性緊密相
關的。而光的單色性又和波列的長度有一定的關系。我們知
道，任何光源發射的光波只有在有限的空間范圍內，並且在
一定的時間內才可以看作是穩定的，即光源向外發射的是有
限長的波列，而波列的長度是由原子發光的持續時間和傳播
速度所確定的。每個原子每次發光持續的時間平均不超過

3. 光場的空間相乾性
對於真實光場中任兩個時空點來說，當空間點滿足一定
條件時，我們可認為光場具有空間相乾性。它表徵在同一時
刻不同空間點光場的相干程度。經典光學所用相乾麵積來描
述光場的空間相乾性。測量光場空間相乾性的典型裝置是楊
氏雙縫，它可用來比較兩個狹縫處光場的相位關系。設兩縫
中心為P點，隨著兩縫間距的增大，在屏上觀察到干涉條紋
的可見度將減少。設干涉條紋第一次消失所對應的兩縫間距
為2d，那麼，相應的面積ΔΑ∝d2就定義為場在P點的相干
面積。相乾麵積和相干長度可以統一表示成相干體積
ΔV =ΔΑ·Lc (3)
圍繞著P點的相干體積大致對應於這樣的體積，在這個
體積內的任一點光場都與P點的光場產生干涉。
在楊氏雙縫實驗中，若用的是擴展光源，設它的臨界寬
度為a0，則雙縫之間的最大距離
2d∝λα0(4)
若雙縫之間的距離等於或大於2d時，則觀察不到干涉
條紋，即光場中狹縫S1和S2處的光矢量在同一時刻無確定
的位相關系。由於S1、S2發出的光波來自同一光源，故與寬
度為a0的光源對應的光場空間相乾性較差。若使雙縫S1與
S2之間的距離小於2d，則屏幕上能觀察到干涉條紋，說明
S1和S2的光場這時是相乾的，或者說這時光場具有空間相
乾性。顯然，光場的空間相乾性與光源的線度有關。
4. 光場的相干度
我們先來分析一個光電探測的基本過程。該過程是通
過光探測器來實現的，而且基於光電效應的原理。這個過程
是，吸收一個光子，同時相應地發射一個光電子，原則上說，
若被探測的原子初始時處於激發態，那麼，在入射光子作用
下該原子發射一個光子，而返回到基態，當然，對大多數探測
器來說，實際情況是幾乎所有原子都處於基態，因此只可能
發生光的吸收過程。我們可以通過量子化的行波電磁場來
討論光電探測過程，行波電磁場可表為:
E (x) = E (+)(x)+ E(-)(x) (5)
理想的光探測器，其空間尺度應可以忽略不計，而且具
有很寬的頻帶，能夠對某確定時刻t，在空間某點r 的光場產
生響應。設場在(r ，t)處於被吸收一個光子而從初態1ψi>
躍遷到終態1ψf>，則其躍遷振幅應當正比於矩陣元
<ψf| E(+)(x) |ψi>
x = r ，t
此處假定場只有一個偏振分量，則不必用矢量表示。
一般說，我們無法確定場的終態，所有可能的終態對總
的計數速率都有貢獻，因此，必須將每單位時間的躍遷幾率
對全部可能的終態求和，總的躍遷幾率為:
Wi=∑iWi→f
=∑f|ψf| E(+)(x) |ψi>|2
=∑i<ψi| E(·)(x) |ψf|><ψf| E(+)(x) |ψi
>
=<ψi| E(-)(x)E(+)(x) |ψi> (6)
上式中，∑i|ψf><ψf|=1(7)
若考慮到光場最初並非處於純態|ψi>，那麼採用場的密度
標符，可將(6)式表為:
Wi= Tr[ρ
ˇ
E(-)(x)E(+)(x)] (8)
ρ是光場初始時的密度標符，理想光探測器的計數速率...........

自己好好研究。

8. 邁克爾遜干涉實驗 光源為什麼會有時間相乾性

因為實際光源發光的微觀過程是斷續的，每個原子的持續發光時間是有限的（通常小於10^-8s），因此發射的廣播都不可能是無限長的波列，而是有限長的波列。當波列的長度比兩路光的光程差小時，一路光已經通過了G1鏡，另一路光還沒有到達，因此，它們之間就不能發生干涉。只有波列長度大於兩路光的光程差時，兩路光才能在G1處相遇，才能觀察到干涉現象。

9. 什麼是光的相乾性呢

是兩個光的波動（光波）在傳播過程中保持著相同的的相位差，具有相同的頻率，或者有完全一致的波形。

現實中完美的相干光能是不存在的，通常用相乾性來描述光的相乾性能，包含時間相乾性和空間相乾性。從激光器出來的激光通常有很好的相乾性。這種激光在分束後合並可以產生穩定的相干條紋。

振動方向相同；振動頻率相同；相位相同或相位差保持恆定那麼在兩束光相遇的區域內就會產生干涉現象。

獲得相干光源的三種方法

1、波陣面分割法

將同一光源上同一點或極小區域（可視為點光源）發出的一束光分成兩束，讓它們經過不同的傳播路徑後，再使它們相遇，這時，這一對由同一光束分出來的光的頻率和振動方向相同，在相遇點的相位差也是恆定的，因而是相干光。如，楊氏雙縫干涉實驗。

2、振幅分割法

一束光線經過介質薄膜的反射與折射，形成的兩束光線產生干涉的方法。如，薄膜干涉。

3、採用激光光源

激光光源的頻率，位相，振動方向，傳播方向都相同。

10. 時間相乾性和空間相乾性是什麼意思

時間相乾性，與波傳播時間差有關，由不確定的位相差導致的，只有傳播時間差在一定范圍內的波才具有相對固定的位相差從而相乾的特性叫波的時間相乾性。
空間相乾性
波在空間不同區域可能具有不固定的相位差，只有在一定空間范圍內的光波才有相對固定的位相差，使得只有一定空間內的光波才是相乾的。這種特性叫做波的空間相乾性。