光源为什么会有时间相干性

1. 光的时间相干性和空间相干性怎么理解

时间相干性与波的线宽有关；而空间相干性则与波源的有限尺寸有关。
波在空间不同区域可能具有不固定的相位差，只有在一定空间范围内的光波才有相对固定的位相差，使得只有一定空间内的光波才是相干的。这种特性叫做波的空间相干性。
时间相干性，与波传播时间差有关，由不确定的位相差导致的，只有传播时间差在一定范围内的波才具有相对固定的位相差从而相干的特性叫波的时间相干性。
通常由光源的有限大小产生，相干性与选择作为次级波元的相对位置有关，而与成像或者接受屏位置无关。

设扩展光源上不同的点发出的光是不相干的。扩展光源上不同的两点a和b发出的光波在距离为z处的两个点A,B处的位相差是不一样的,相差2πdD/λz。a,b之间发出的光波在A,B两个点的位相差与a点发出的光在A,B的位相差之差在0到2πdD/λz之间。由AB两处的光波作为次波源相干而成的光相当于由光源S上不同点的发出光在AB两处的光场产生的干涉光的非相干叠加。如果dD/λz远大于1，那么非相干叠加就会使得每个干涉光产生的条纹完全抵消，最终看不见干涉条纹。对于已知形状的均匀光源，可以严格积分出抵消程度与dD/λz的关系。因此，空间相干性又可以用于测量光源大小。

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10nm,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。

2. 有关光源的时间相干性

光源发光中各波列之间的初相位和俩波列之间的时间差都是随机的
就单独这两个波列而言，可以干涉
但是大量这种情况产生的光强叠加由于随机性，什么也看不出来
所以说没有干涉
假如你能制造某光源，初相位完全一致，个波列长度相同，间隔相等，那么就能发生你那种干涉
仅供参考

3. 光的时间相干性和空间相干性怎么理解

时间相干性是指光源的频率不同对干涉条纹的反差的影响，相应地，空间相干性是指光源的空间分布即几何形状对干涉条纹的反差的影响。

4. 光源为什么会有时间相干性大神们帮帮忙

在物理学里，相干性 (拉丁文 cohaerere ) ，又称同调性，描述波在传播时，其物理量在不同地点或不同时间的相关特性。这相关特性是由于波相位的变化而产生的。因为相位的差别，两个波的叠加会造成建设性干涉或摧毁性干涉。假设，两个波的相位差别为常数，则这两个波的频率必定相同，称这两个波为相干的。相干度 (degree of coherence) 是专门用来表示波的相关特性的一种度量，可以由干涉显明度 (interference visibility) 计算出来。干涉显明度是两个波干涉图案的强度对比。 一般而言，给予不相干的光源，我们不能够观测到干涉图案[1]。例如，太阳可以被视为，由许多不相干的发光点，聚合而成。每一个发光点只会发光一小段时间 ，制造出一个波列，而后，再也不会发光。为了要能观测到，这类光源产生的，两个波列叠加的干涉图案，我们必须要有曝光时间在 数量级的摄影仪器。在旧时，并没有这么精确的摄影仪器。所以，我们无法，从不相干的光源，观测到干涉图案。 为了要观测到干涉图案，我们必须从不相干的光源，制造出相干性较高的光波。有两种方法可以达到这目标。第一种方法称为分隔波前法，我们可以使用狭缝过滤来增加光波的空间相干性。从狭缝透射出来的波前，大致都有同样的相位。杨氏双缝实验就是使用这种方法，来得到相干性较高的光波。第二种方法称为分隔波幅法。我们也可以用半透射，半反射的镜子，将一束光波一分为二，人工制造出两束相干的光波。所得到的两束光波会有同样的相位。迈克尔逊干涉仪使用的是第二种方法。 自从雷射，激微波的发明，科学家不再被寻找相干性的光源这问题困扰。雷射所制造出来的波列通常能维持 之久。这给予我们足够的曝光时间来计录干涉图案。

5. 时间相干性的时间相干性的产生

时间相干性与源的单色性直接相关。例如光波，假设光源发出的波频率在ω1-ω2的范围内。由不同传播路径传播至同一点的两路光波具有与频率有关的相位差。在无色散的情况下，不同频率的光波的光程差L是一定的，而位相差等于2πL/λ。只有L=0，也就是光程差为零的时候，位相差才与波长或者说频率没有关系。频率为ω1的光波的位相差与频率为ω2的位相差之差为2πL/λ1-2πL/λ2=2πLΔλ/λ^2。而频率在此之间的光波的位相差之差在0到这个值之间。最终的光场是各频率光各自的相干结果的非相干叠加。当2πLΔλ/λ^2远远大于1时，非相干叠加就会使得干涉条纹消失。
对光波进行频谱分析，谱线宽度越窄，或单色性越好，相干时间越长，即时间相干性越好。

6. 光源的相干时间，相干长度是怎么定义的

相干时间就是信道保持恒定的最大时间差范围，发射端的同一信号在相干时间之内到达接收端，信号的衰落特性完全相似，接收端认为是一个信号。如果该信号的自相关性不好，还可能引入干扰，类似照相照出重影让人眼花缭乱。

在物理学中，相干长度表示的是相干波（例如电磁波）保持一定的相干度进行传播的距离。相干长度越大，相干时间越长，那么光源的时间相干性越好。

(6)光源为什么会有时间相干性扩展阅读

多模（multimode）氦氖激光的相干长度一般为20厘米，而单模（singlemode）的相干长度可超过100米。一些半导体激光的相干长度可达几百米，但小型的简易半导体激光的相干长度较短（某二极管激光器的相干长度为20厘米）。

谱线宽度为几千赫兹的单模纤维激光器的相干长度能大于100公里。光学频率梳由于梳齿之间狭窄的谱线宽，也可以达到相似的相干长度。

7. 研究光的相干性的意义

1. 由光场的经典干涉效应度量的相干性
在经典光学中，光的相干性是通过两列光波，根据波的
叠加原理，让光波满足一定的条件而出现的干涉现象来说明
的。这里的相干条件是，两列波频率相同，振动方向相同，相
位相同或相差恒定。为了满足相干波的条件，可以使用滤色
片，让来自不同频率的光频率相同，使用偏振片，让振动方向
相同，但相位差恒定这一条件能否满足呢？我们知道，在平
面单色波传播的波场中，任意两个不同的时空点的光场之间
存在着确定的相位关系，这种相位关系原则上可以取场的不
同部分进行叠加，通过观察到的干涉效应而获得证实。当
然，这里的平面单色波只是一种理想的假设。实际中的光
源，是由大量原子构成的，当处于激发态的原子跃迁到低能
级的过程中就会辐射出光波。来自不同原子的辐射是断续
的、无规则的，而且原子的发光彼此独立，互不相关，换言之，
任何两个原子发光时，彼此并无“约定”，即使由同一原子在
不同时刻所产生的辐射场，其相位关系也可以是完全随机
的。由此看出，相位差恒定的条件很难满足。因此，实际光
源产生的光场并不是理想的平面单色波。
在传统的光学中，所谓光场的相干性指的就是场的相位
关联的程度。这种关联由干涉条纹的可见度V[2]来测量。
V =Imax- IminImax+ Imin(1)
式中Imax与Imin分别为最大光强和最小光强，当两个不
同时空点的光场产生干涉图样，其Imin=0(暗条纹全黑)时，
V =1，条纹的反差最大，清晰可见，这两时空点的场被认为
是相干的。当Imax= Imin时， V≈0，条纹模糊不清，甚至不可
辨认，此情形时，则认为两光场完全不相干。若0< V <1
时，则称光场为部分相干。总之，传统光学中的相干性实质上
是由光场的经典干涉效应来度量的。
2. 光场的时间相干性
真实光场中任两个时空点并不一定具有相干性。当时间
满足一定条件时，我们可认为光场具有时间相干性。它表征
在同一空间点不同时刻光场的相干程度。经典光学中引进相
干时间Δτ0来描述光场的时间相干性，迈克尔逊干涉仪是比
较不同时刻光场的相位关系的典型装置。当两臂光路的时间
延迟Δτ远大于Δτ0时，干涉条纹完全消失，光场的相干时间
取决于其频谱的宽度Δυ，且有如下关系:
Δτ0∝1Δυ(2)
而长度Lc =Δτ0C =λ2Δλ称为相干长度。对于光场中两个确
定的点，若前后两个时刻传来的光波隶属于同一波列，则它
们是相干光波，称该光波场具有时间相干性，否则为非相干
光波，称该光场无时间相干性。显然，衡量光波场时间相干性
的好坏是Δτ0的长短。Δτ0是光通过相干长度所需的时间。上
述讨论表明，光波场的时间相干性是和光源的单色性紧密相
关的。而光的单色性又和波列的长度有一定的关系。我们知
道，任何光源发射的光波只有在有限的空间范围内，并且在
一定的时间内才可以看作是稳定的，即光源向外发射的是有
限长的波列，而波列的长度是由原子发光的持续时间和传播
速度所确定的。每个原子每次发光持续的时间平均不超过

3. 光场的空间相干性
对于真实光场中任两个时空点来说，当空间点满足一定
条件时，我们可认为光场具有空间相干性。它表征在同一时
刻不同空间点光场的相干程度。经典光学所用相干面积来描
述光场的空间相干性。测量光场空间相干性的典型装置是杨
氏双缝，它可用来比较两个狭缝处光场的相位关系。设两缝
中心为P点，随着两缝间距的增大，在屏上观察到干涉条纹
的可见度将减少。设干涉条纹第一次消失所对应的两缝间距
为2d，那么，相应的面积ΔΑ∝d2就定义为场在P点的相干
面积。相干面积和相干长度可以统一表示成相干体积
ΔV =ΔΑ·Lc (3)
围绕着P点的相干体积大致对应于这样的体积，在这个
体积内的任一点光场都与P点的光场产生干涉。
在杨氏双缝实验中，若用的是扩展光源，设它的临界宽
度为a0，则双缝之间的最大距离
2d∝λα0(4)
若双缝之间的距离等于或大于2d时，则观察不到干涉
条纹，即光场中狭缝S1和S2处的光矢量在同一时刻无确定
的位相关系。由于S1、S2发出的光波来自同一光源，故与宽
度为a0的光源对应的光场空间相干性较差。若使双缝S1与
S2之间的距离小于2d，则屏幕上能观察到干涉条纹，说明
S1和S2的光场这时是相干的，或者说这时光场具有空间相
干性。显然，光场的空间相干性与光源的线度有关。
4. 光场的相干度
我们先来分析一个光电探测的基本过程。该过程是通
过光探测器来实现的，而且基于光电效应的原理。这个过程
是，吸收一个光子，同时相应地发射一个光电子，原则上说，
若被探测的原子初始时处于激发态，那么，在入射光子作用
下该原子发射一个光子，而返回到基态，当然，对大多数探测
器来说，实际情况是几乎所有原子都处于基态，因此只可能
发生光的吸收过程。我们可以通过量子化的行波电磁场来
讨论光电探测过程，行波电磁场可表为:
E (x) = E (+)(x)+ E(-)(x) (5)
理想的光探测器，其空间尺度应可以忽略不计，而且具
有很宽的频带，能够对某确定时刻t，在空间某点r 的光场产
生响应。设场在(r ，t)处于被吸收一个光子而从初态1ψi>
跃迁到终态1ψf>，则其跃迁振幅应当正比于矩阵元
<ψf| E(+)(x) |ψi>
x = r ，t
此处假定场只有一个偏振分量，则不必用矢量表示。
一般说，我们无法确定场的终态，所有可能的终态对总
的计数速率都有贡献，因此，必须将每单位时间的跃迁几率
对全部可能的终态求和，总的跃迁几率为:
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)
若考虑到光场最初并非处于纯态|ψi>，那么采用场的密度
标符，可将(6)式表为:
Wi= Tr[ρ
ˇ
E(-)(x)E(+)(x)] (8)
ρ是光场初始时的密度标符，理想光探测器的计数速率...........

自己好好研究。

8. 迈克尔逊干涉实验 光源为什么会有时间相干性

因为实际光源发光的微观过程是断续的，每个原子的持续发光时间是有限的（通常小于10^-8s），因此发射的广播都不可能是无限长的波列，而是有限长的波列。当波列的长度比两路光的光程差小时，一路光已经通过了G1镜，另一路光还没有到达，因此，它们之间就不能发生干涉。只有波列长度大于两路光的光程差时，两路光才能在G1处相遇，才能观察到干涉现象。

9. 什么是光的相干性呢

是两个光的波动（光波）在传播过程中保持着相同的的相位差，具有相同的频率，或者有完全一致的波形。

现实中完美的相干光能是不存在的，通常用相干性来描述光的相干性能，包含时间相干性和空间相干性。从激光器出来的激光通常有很好的相干性。这种激光在分束后合并可以产生稳定的相干条纹。

振动方向相同；振动频率相同；相位相同或相位差保持恒定那么在两束光相遇的区域内就会产生干涉现象。

获得相干光源的三种方法

1、波阵面分割法

将同一光源上同一点或极小区域（可视为点光源）发出的一束光分成两束，让它们经过不同的传播路径后，再使它们相遇，这时，这一对由同一光束分出来的光的频率和振动方向相同，在相遇点的相位差也是恒定的，因而是相干光。如，杨氏双缝干涉实验。

2、振幅分割法

一束光线经过介质薄膜的反射与折射，形成的两束光线产生干涉的方法。如，薄膜干涉。

3、采用激光光源

激光光源的频率，位相，振动方向，传播方向都相同。

10. 时间相干性和空间相干性是什么意思

时间相干性，与波传播时间差有关，由不确定的位相差导致的，只有传播时间差在一定范围内的波才具有相对固定的位相差从而相干的特性叫波的时间相干性。
空间相干性
波在空间不同区域可能具有不固定的相位差，只有在一定空间范围内的光波才有相对固定的位相差，使得只有一定空间内的光波才是相干的。这种特性叫做波的空间相干性。