
首先你得明白“相干”是在说什么。
相干是一种“特殊”的光的叠加。
先从光的叠加说起。考虑最简单的情况,空间有两束光,各自的电场强度为:
这两个光场如果在空间相遇,那么叠加后和光场的电场强度显然是:
从探测的角度,人眼也好、更高端的探测器也好,通常是在探测光强 而不是 。
而光强 跟是有关系的:
其中,
这里稍微解释一下:
(1)式中第一个等号后面的尖括号,里面的 (当然是 的简写啦)是一个随时间变化的量。在物理光学范畴,考虑的光的频率往往很高。所以人眼也好、探测器也好,无法对快速变化的 进行响应。
我们实际感受到的光强,是对 求时间得到的平均值,这也就是尖括号的含义。
(2)以上两个式子在表示什么呢?
它在告诉你,当两个光场在空间相遇时,交叠处的光强不一定是两光场单独存在时光强的代数和(也就是 )!而是,在此基础上,多了一项:
我们把它叫做干涉项。
一上来就已经给出了 和 的表达式,所以我们知道,这个干涉项应该是一个随时间和空间变化的量。
光强随空间变化很容易接受~不就是有些地方亮有些地方暗吗。
但是光强随时间变化就不太愿意接受。尤其是当这个变化频率很高的时候~不稳定啊。
好的,现在是时候回到一开始的那句话:
相干是一种“特殊”的光的叠加。
如果不随时间变化,那么最终我们看到的和光场的光强就是一个随空间变化的图样(所谓图样理解成某个特定的明暗分布就行)。因为它不随时间的推移而改变,所以这个图样是稳定的。
而所谓相干条件,就是使得“”不随时间变化、也不恒为零(如果恒为零还讨论个什么劲~~)需要满足的条件!
最后说下三个相干条件是咋推导出来的。
(1)我们需要
这其实是废话,得零就白忙活了。
一般的教科书把这一条规则简化为两个光场的 矢量平行。其实只要二者不严格垂直就行。好,这是干涉条件一。
我们再看上式中等号那一行,那是必须要归零的,因为是一个余弦的时间平均嘛。所以这个大长式子简化成下面的样子:
现在就很好讨论了~
如果需要“”不随时间变化,那显然让时间 前面的系数为零就好了,也就是:
这是干涉条件二。
最后呢,还有一个隐蔽的条件,就是两个光场的初相位之差这一项:
可以想见,如果这个差值随时间变化,那么还是会导致 随时间变化的。
所以我们要求:
也就是初相差恒定,这也就是干涉条件三。
全文完。
