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相干函数

2007-04-06 11:29:41 来源: 作者: 【 评论:0
    常常用相干函数这个量对光束相干性作定量描述。设S1x1)与S2x2)是空间中的任意两点(见图1),这两点发出的光信号用时间复函数v1v2表示。当光信号传播到P点会合后,P点处时刻t的光信号可记为

vt=v1t-t1+v2t-t2),


 


P点的光强为


It=vtv*t),


式中v*t)是vt)的共轭复数。由于光电探测器的响应较慢,实际探测到的是一段时间内光信号的平均强度,即



上式最后表式是一种简略写法。由于光强是平稳的,其平均值与时间起点的选择无关,故有


v1t-t1v2t-t2)〉=v1tv2t-τ)〉,


式中τ=t2-t1。于是P点的平均光强为


I=I1+I2+2Re{v1tv2t-τ)〉}


式中I1=v1tv1t)〉,I2=v2tv2t)〉,分别为S1S2处的次波源在P点各自单独产生的光强。第三项是干涉项,Re表示取实部。定义自相关函数Γ11(τ)和Γ22(τ)为


Γ11(τ)=v1tv1t-τ)〉,


Γ22(τ)=v2tv2t-τ)〉。


自相关函数描写了时间相干性,而Γ110)和Γ220)则表示S1S2处的光强。再引入互相干函数Γ12(τ)


Γ12(τ)=〈v1tv2t-τ)〉,


可以看出,当τ=0时,Γ120)描写了S1S2光信号之间的空间相干性。归一化的相干函数称为复相干度γ12(τ),即



于是P点的平均光强可用γ12(τ)表示为



12=0时,I=I1+I2,表示P点是两个完全不相干光的叠加,该点的光强为S1光强I1S2光强I2之和。当|g12(t)|=1时,两个光信号完全相干。0|g12(t)|1时,两个光信号部分相干。P点干涉条纹的可见度可表示为



就是说,复相干度的模确定了干涉条纹的可见度。


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