相干时间

2021-04-22 13:33:17 浏览:728

定义

衡量时间相干性的量,是表征相干性显著衰减所需的时间。

相干时间可以定量表示光的时间相干度。在相干理论中,定义相干时间为场相干方程衰减所需的时间。对于一个稳定的光场(具有稳定的统计性质),时间相干的相干度定义为:

其中 E(t)是某一位置处的电场。当时τ = 0,相干度为1,并且随着时间延迟τ 的增大而单调减小。对于任意形状的相干方程,相干时间都可以定义为:

当相干度指数衰减时(当激光器只受量子噪声影响时会发生),相干时间等于指数衰减时间。

已知相干方程的形状(或傅里叶光谱的形状)时,知道相干时间非常重要。但是,仅知道相干时间(或者线宽)不能给出相干的全部性质。

相干时间与辐射线宽紧密相关,也就是光谱的宽度。在如上所述的相干指数衰减的情况下,光谱是洛伦兹型,(半高全宽)线宽为:

方程中的常数因子对于不同形状的相干方程是不同的(例如,高斯型是其两倍)。反过来,已知线宽可以估计相干时间的大小,不过二者之间的转化关系与光谱形状有关。如果频率噪声谱不是平坦的,而是在小噪声频率范围内上升很高,那么即使当时间延迟大于线宽的倒数时,相干度也不为0;这在自外差线宽测量中非常重要。

常用的并不是采用相干时间来量化时间相干性,而是采用相干长度,它是相干时间乘以真空时的光速。

激光器通常具有长的相干时间,尤其是单频固态激光器,可能达到几个毫秒。在许多应用中都需要长的相干时间。

参考文献

[1] B. E. A. Saleh and M. C. Teich, Fundamentals of Photonics, John Wiley & Sons, Inc., New York (1991)

参阅:相干、相干长度、线宽、斑点

基础光学

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