各向异性相干长度(anisotropiccoherencelength)百科小物理

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各向异性相干长度（anisotropiccoherencelength）

各向异性相干长度(anisotropiccoherencelength)

在主轴坐标系中，按各向异性GL理论，此时相干长度定义

为

`xi^2(T)=hbar^2//2m^**|alpha|`

这里$m^**=(m_1^**m_2^**m_3^**)^{1/3}$，1，2，3对应于x，y，z方向的三个分量。若磁场沿z-轴方向，例如对层状结构氧化物超导体即沿晶轴c的方向，则在m1*m2*=mab*时，对应于ab晶面的

$xi_{ab}(T)=hbar//(2m_{ab}^**|alpha(T)|)^{1/2}$，也

可写成ab2=0Hc2∥，这里0是磁通量子，Hc2∥为平行于c

轴时的第二临界磁场，0为真空磁导率，而

$xi_c=xi_{ab}(m_{ab}^**//m_c^**)^{1/2}$。在Tc附近，

它们与温度T的关系为

$xi_{ab}(T)=xi_{ab}(0)(1-T//T_c)^{-1/2}$

$xi_c(T)=xi_c(0)(1-T//T_c)^{-1/2}$

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ITU-RP.1411-7建议书(092013)-300MHz至100GHz频率

ITU-R P.1621-2 建议书 (07/2015) 工作在20 THz-375 THz频段内 的地对空系统的设计 所需的传播数据 P系列 无线电波传播

ii ITU-R P.1621-2 建议书 前言 无线电通信部门的作用是确保所有无线电通信业务，包括卫星业务，合理、公平、有效和经济地使用无线电频谱，并开展没有频率范围限制的研究，在此基础上通过建议书。 无线电通信部门制定规章制度和政策的职能由世界和区域无线电通信大会以及无线电通信全会完成，并得到各研究组的支持。 知识产权政策（IPR） ITU-R的知识产权政策在ITU-R第1号决议附件1引用的“ITU-T/ITU-R/ISO/IEC共同专利政策”中做了说明。专利持有者提交专利和许可声明的表格可从http://www.itu.int/ITU-R/go/patents/en获得，该网址也提供了“ITU-T/ITU-R/ISO/IEC共同专利政策实施指南”以及ITU-R专利信息数据库。 电子出版物 2016年，日内瓦 国际电联 2016 版权所有。未经国际电联书面许可，不得以任何手段翻印本出版物的任何部分。

ITU-R P.1621-2 建议书1 ITU-R P.1621-2建议书 工作在20 THz-375 THz频段内的地对空系统 的设计所需的传播数据 （ITU-R第228/3号课题） (2003-2005-2015) 国际电联无线电通信全会， 考虑到 a)20 THz-375 THz之间的频谱，在近地和深空环境下可用于通信； b)合理地规划工作在20 THz-375 THz频段内的地—空系统必须具备合适的传播数据； c)规划工作在20 THz-375 THz频段内的地—空系统所需的最重要的传播参数的计算方法已经制定； d)这些方法对可用的数据已尽可能地进行了测试，结果表明其准确度既兼容于传播现象的自然变化量，又适合于工作在20 THz-375 THz频段内的系统规划中的大多数现有应用，认识到 a)国际电联《组织法》第12条第78款规定无线电通信部门的职责包括：“……进行无频率范围限制的研究，并通过建议书……”， 建议 1采用附件1中给出的预测传播参数的方法，在该附件中所指的各个有效范围内，用于规划地—空系统。 注1 –关于20 THz-375 THz之间频率的传播预测方法的附加信息可在ITU-R P.1622建议书中找到。 附件1 1 大气因素 20-375 THz频率范围内在地球和在轨空间飞行器之间工作的一个系统的性能受地球大气的影响。这些大气效应包括： –沿传播路径存在的大气气体分子对信号的吸收，造成信号幅度整体降低； –沿传播路径存在的微粒，其大小从小于一个波长到多个波长，对信号散射造成信号幅度显著降低；

406-光源、光的相干性

406光源、光的相干性 1. 选择题 1，来自不同光源的两束白光，例如两束手电筒光照射在同一区域内，是不能产生干涉图样的，这是由于 （A）白光是由不同波长的光构成的（B）两光源发出不同强度的光 （C）两个光源是独立的，不是相干光源（D）不同波长的光速是不同的 [ ] 2，有三种装置 (1)完全相同的两盏钠光灯, 发出相同波长的光，照射到屏上； (2)同一盏钠光灯，用黑纸盖住其中部将钠光灯分成上下两部分同时照射到屏上； (3)用一盏钠光灯照亮一狭缝，此亮缝再照亮与它平行间距很小的两条狭缝，此二亮缝的光照射到屏上； 以上三种装置,能在屏上形成稳定干涉花样的是： (A) 装置(3) (B) 装置(2) (C) 装置(1)(3) (D) 装置(2)(3) [ ] 3，对于普通光源，下列说法正确的是： （A）普通光源同一点发出的光是相干光（B）两个独立的普通光源发出的光是相干光（C）利用普通光源可以获得相干光（D）普通光源发出的光频率相等 [ ] 4，杨氏双缝干涉实验是： (A) 分波阵面法双光束干涉(B) 分振幅法双光束干涉 (C) 分波阵面法多光束干涉(D) 分振幅法多光束干涉 [ ] 2. 判断题 1，光波振动的量是电场强度E和磁场强度H，起光作用的主要是电场强度。 2，两个独立的普通光源如果频率相同，也可构成相干光源。

3，光强均为I0的两束相干光相遇而发生干涉时, 在相遇区域内有可能出现的最大光强是4I0。 4，普通光源发光特点是断续的，每次发光形成一个短短的波列, 各原子各次发光相互独立，各波列互不相干。 5，洛埃德镜和双镜等光的干涉实验都是用波阵面分割的方法来实现的。 6，获得相干光源只能用波阵面分割和振幅分割这两种方法来实现。 7，发光的本质是原子、分子等从具有较高能级的激发态到较低能级的激发态跃迁过程中释放能量的一种形式。 8，光波的相干叠加服从波的叠加原理,不相干叠加不服从波的叠加原理。

相干光

相干光通信 一、相干光通信的基本工作原理s 在相干光通信中主要利用了相干调制和外差检测技术。所谓相干调制，就是利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅，这就需要光信号有确定的频率和相位(而不像自然光那样没有确定的频率和相位)，即应是相干光。激光就是一种相干光。所谓外差检测，就是利用一束本机振荡产生的激光与输入的信号光在光混频器中进 行混频，得到与信号光的频率、位相和振幅按相同规律变化的中频信号。在发送端，采用外调制方式将信号调制到光载波上进行传输。当信号光传输到达 s 接收端时，首先与一本振光信号进行相干耦合，然后由平衡接收机进行探测。相干光通信根据本振光频率与信号光频率不等或相等，可分为外差检测和零差检测。前者光信号经光电转换后获得的是中频信号，还需二次解调才能被转换成基带信号。后者光信号经光电转换后被直接转换成基带信号，不用二次解调，但它要求本振光频率与信号光频率严格匹配，并且要求本振光与信号光的相位锁定。s 相干光通信系统可以把光频段划分为许多频道，从而使光频段得到充分利用，即多信道光纤通信。我们知道无线电技术中相干通信具有接收灵敏度高的优点，相干光通信技术同样具有这个特点，采用该技术的接收灵敏度可比直接检测技术高18dB。早期，研究相干光通信时要求采用保偏光纤作传输介质，因为光信号在常规光纤线路中传输时其相位和偏振面会随机变化，要保持光信号的相位、偏振面不变

就需要采用保偏光纤。但是后来发现，光信号在常规光纤中传输时，其相位和偏振面的变化是慢变化，可以通过接收机内用偏振控制器来纠正，因此仍然可以用常规光纤进行相干通信，这个发现使相干光通信的前景呈现光明。s 相干光纤通信系统在光接收机中增加了外差或零差接收所需的本地振荡光源，该光源输出的光波与接收到的已调光波在满足波前匹配和偏振匹配的条件下，进行光电混频。混频后输出的信号光波场强和本振光波场强之和的平方成正比，从中可选出本振光波与信号光波的差频信号。由于该差频信号的变化规律与信号光波的变化规律相同，而不像直检波通信方式那样，检测电流只反映光波的强度，因而，可以实现幅度、频率、相位和偏振等各种调制方式。根据本振光波的频率与信号光波的频率是否相等可以将相干光通信系统分为两类：当本振光频率和信号光频率之差为一非零定值时，该系统称为外差接收系统；当本振光波的频率和相位与信号光波的频率和相位相同时，称为零差接收系统。但不管采用何种接收方式其根本点是外差检测。 二、相干光通信系统的优点s 相干光通信充分利用了相干通信方式具有的混频增益、出色的信道选择性及可调性等特点。由以上介绍的相干光通信系统的基本原理分析且与IM/DD系统相比，得出相干光通信系统具有以下独特的优点： （一）灵敏度高，中继距离长s 相干光通信的一个最主要的优点是能进行相干探测，从而改善接收机的灵敏度。在相干光通信系统中，经相干混合后输出光电流的大

大气相干长度的昼夜观测

第16卷　第1期强激光与粒子束Vol.16,No.1 2004年1月HIGH POWER LASER AND PAR TICL E B EAMS Jan.,2004　文章编号:　100124322(2004)0120001204 大气相干长度的昼夜观测Ξ 汪建业,　刘晓春,　饶瑞中,　龚知本 (中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥230031) 摘　要:　介绍了利用差分像运动测量法测量光波到达角起伏方差来确定大气相干长度的方法,阐述了一 种能对大气相干长度进行昼夜测量的日夜两用型大气相干长度仪的测量原理与结构,经过长期昼夜观测分析 得知:整层大气湍流强度有随时间变化的趋势,这种趋势与近地面层的湍流强度的时间变化特征基本吻合,即 在日出后和日没前两段时间内的相干长度值远大于其它时间段内的值。 关键词:　大气传输;　大气相干长度;　统计特征 中图分类号:　TN246;O437 文献标识码:　A 激光大气传输及自适应光学相位校正研究需要对大气湍流介质进行定量的描述。大气相干长度描述了整层大气传输路径上的综合湍流强度,为分析激光在整层大气中的上行或下行传输提供基本的参数。 大气相干长度最初在天文观测中得到应用,大气湍流引起的星光波前起伏使接收光学望远镜的实际分辨率与大气相干长度密切相关,口径几m的望远镜的实际分辨率大致与口径为10～20cm的望远镜相似。通过自适应光学技术来校正大气湍流导致的波前起伏,可提高光学望远镜的分辨率使之达到或接近衍射极限,自适应光学系统的效率也与大气相干长度密切相关。因此大气相干长度对自适应光学系统的设计也是十分重要的。因此,我们研制了一种既可以在白天又可以在夜晚观测的大气相干长度仪,作为激光大气传输及相位校正研究的基本工具之一。 1　测量原理与方法 由于空间相位起伏所导致的空间相干性退化,使得平行于平面波波阵面的接收孔径上仅在—个有限范围内呈现相位相干,这个范围的尺度用横向相位相干长度或大气相干长度r0来描述。波结构函数D(r)与r0的关系为[1] D(r)=6.88(r/r0)5/3(1)当相干接收系统的接收孔径r=r0时,波结构函数D(r)的值为6.88,这时该系统的性能达到最佳极限。根据随机介质中波的传播理论,对在地2空光程中传播的波长为λ的平面波,r0与大气折射率结构常数C2n(h)的关系为 r0=2.91 6.88k 2secφ∫∞h C2n(h)d h -3/5 (2) 式中:k=2π/λ;φ为天顶角;h0为观测点的高度。 如果我们直接测量C2n(h)的垂直分布,则可求出r0,这种做法通常称为湍流积分法。由于实时地获得整层C2n(h)的垂直分布是相当困难的,这种方法不能作为常规观测的手段。 湍流介质中光束的到达角起伏方差δ2α与C2n(h)的关系同r0与C2n(h)的关系相似,为 δ2α=2.91D-1/3arccosφ∫∞h0C2n(h)d h(3)式中:D为接收望远镜孔径。因此r0与δ2α的关系为 r0=3.18k-6/5D-1/5δ-6/5 α(4)所以r0可以通过测量到达角起伏方差来获得,这种方法通常称之为到达角法。 早期的到达角法测量是用照像拖影的办法来记录恒星在望远镜焦平面上的抖动,因此只能获得—维抖动方差,数据处理较为繁琐,仪器本身带来的误差不易消除,也不能实时给出结果。随着光电技术和计算机技术 Ξ收稿日期:2003204215; 修订日期:2003207221 基金项目:国家863计划项目资助课题。 作者简介:汪建业(1966—),男,副研究员,博士研究生,从事大气湍流光学测量方法研究;合肥1125信箱;E2mail:jywang@https://www.sodocs.net/doc/6311672613.html,。

时间相干性

光波的时间相干性 摘要：该文介绍光的时间相干性的原理，并作了定量分析，得出了相干时间及相干波列长度与干涉条纹清晰度关系的结论。 关键词：相干时间相干长度 从一无限小的点光源发出无限长光波列,用光学方法将其分为两束,再实现同一波列的相遇叠加,得到稳定的干涉条纹,这样的光源称为相干光源。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范围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确定的。 我们以杨氏干涉实验为例讨论，如图所示。光源S发射一列波，被杨 b' a" b a S S' S" P P' a' r r r' r"

氏干涉装置分为两列波a'、a "，这两列波沿不同的路径r'、r "传播后，又重新相遇。由于这两列波是从同一列光波分割出来，他们具有完全相同的频率和一定的相位关系，因此可以发生干涉，并可以观察到干涉条纹。若两路的光程差太大，致使S'、S "到达考察点P 的光程差大于波列的长度，使得当波列a "刚到达P 点时，波列a'已经过去了，两列波不能相遇，当然无法发生干涉。而另一发光时刻发出的波列b 经S'分割后的波列b'和a "相遇并叠加。但由于a 和b 无固定的相位关系，因此在观察点无法发生干涉。故干涉的必要条件是两列波在相遇点的光程差应小于波列的长度。 我们知道，λ λλλδ?≈?+=2 max )(j 式中考虑到当λλ? ，该式表明， 光源的单色性决定产生干涉条纹的最大光程差，通常将max δ称为相干长度。 再由上述讨论可知，波列的长度至少应等于最大光程差，由上式 得波列的长度L 为λ λδ?==2 max L ，此式表明，波列的长度与光源的谱 线宽度成反比，即光源的谱线宽度λ?就小，波列长度就长。下表是几种光源的相干长度。 发光物质 )(o A λ )(o A λ? L （m) a N 5893 ~0.1 ~3.4*210- g H 5460.73 ~0.1 ~3*210- r K 6057 ~0.0047 ~1.0 e e N H -激光 6328 ~610- ~4*410

大气相干长度与能见度仪简介

大气相干长度仪和能见度仪简介 1、引言 激光束经过大气时，大气的会导致光束指向性随机起伏、光束扩展和光强闪烁等湍流效应，限制了激光工程的应用效果；同时大气对光波存在衰减效应，导致激光平均能量下降。因此在激光工程应用中需要实时监视大气湍流和大气透过率，为激光工程的应用性能提供辅助参考。 描述湍流强弱常用的参数为大气相干长度，其物理含义为：在统计意义上讲，光波经过大气后波前的畸变方差等于1rad2时对应的空间直径；大气相干长度描述了光波经过大气后的湍流积分效应。大气衰减程度的高低常用大气透过率描述，大气透过率下降是由气溶胶（大气中的细微颗粒）和大气分子共同引起；如果光波波长不在分子吸收线上，大气分子吸收的影响相对较小，透过率的下降主要由气溶胶引起，此时大气透过率直接与大气能见度相关：能见度高透过率高，能见度低透过率低。测量大气相干长度的常用仪器为根据差分像运动原理研制的大气相干长度仪，测量大气能见度的常用仪器为能见度仪，现将两仪器的基本性能参数介绍如下。 2、大气相干长度仪简介 2.1、仪器概述 大气相干长度仪由信标光源和跟踪成像系统组成，仪器通过测量光波经过大气后的光束抖动效应得到大气相干长度，其基本原理为差分像运动（DIM，Differential Image Motion）原理，即通过双孔差分信标光在远场成像的抖动量得到大气相干长度。仪器采用DIM原理能够有效避免信标光本身（如移动信标）或跟踪接收系统本身机械抖动（如风干扰、跟踪干扰）对测量的影响。大气相干长度仪需要信标光源：对于近地面和斜程有限距离观测场景，需要人造光源为信标；对于整层大气观测场景，仪器可以昼夜以恒星为信标观测。图1为大气相干长度仪在外场试验的照片和测量的信标成像图片。

§9-6激光相干性

§9-6 激光的相干性 一、间相干性与空间相干性 在第一章里已讲过了光的干涉，光源的相干性是一个很重要的问题，所谓相干性，也就是指空间任意两点光振动之间相互关联的程度， Q P 1 P 2 （图9－26） 在图9-26中，如果1P 和2P 两点处的光振动之间的位相差是恒定的，那么当1P 和2P 处的光振动向前传播并在Q 点相遇时，这两个振动之间的位相差当然也是恒定的，于是在Q 点将得到稳定的干涉条纹，这时，我们就称1P 和2P 处的光振动为完全在联的，也就是完全相干光，如果1P ，2P 处的光振动之间的位相差是完全任意的，并随时间作无规则的变化，那么在Q 点相遇时，根本不能给出干涉条纹，这时我们称1P ，2P 处的光振动是完全没有关联的，也就是完全非相干光。 由于原子的发光不是无限制地持续的，每一次发光，有一定的寿命，因此它总是有一个平均发光时间间隔，从干涉的角度来讨论问题时，可以很明显地看到，只有在同一光源同一个发光时间间隔内发出的光，经过不同的光程后再在某点相遇时，才能给出干涉图样，所以我们把原子的平均发光时间间隔叫做相干时间，在这里，把这一个相干时间记为H t ?，如果光的速度为c 则H c t ?表示在相干时间内光经过的路程，我们称它为相干长度，记之为H ι?，于是有 H ι?=H c t ? 在迈克耳孙干涉仪中，如图1-19所示，引起干涉的两束光为11a b 和22a b ，这两束光的 光程差即为平面反射镜1M 和'2M 之间的空气薄层的厚度，现在令这厚度为ι?，只有当 H t ι??时，11a b 和22a b 这两束光已经不是发光原子同一次发光中发出的了，它们之间已无恒定的位相差，因而干涉条纹非常模糊，ι?比H t ?大得愈多，干涉条纹愈模糊，甚至完全不能见到，这时11a b 和22a b 是完全不相干光，在这个例子中，我们可以看到，虽然在处理

大气湍流的复原

大气湍流的复原 研究背景与意义 21 世纪以来，美国、欧空局、俄罗斯等空间科技强国都相继提出了新的空间发展规划。特别的，美国自特朗普上台后提出太空政策，加大对太空探索的投资力度，并积极开展多个民用太空项目。根据我国至2030 年空间科学发展规划，我国将建立以覆盖多个热点领域的空间科学卫星为标志的空间科学体系[1]，通过发展系列空间科学计划，牵引和带动我国在空间目标识别与监视、深空测绘乃至其他重要科技领域的创新与突破，推动我国高科技产业的跨越式发展。而对空间目标的姿态、形状、特征以及太空星体表面的地形地貌进行高精度识别与判读，都需要采用光学成像系统对其观测与监视，从而获取足够数量的影像资料，从这些影像资料中提取使用者所期望的感兴趣信息。 由于地面受到太阳辐射作用，造成大气中分子和由悬浮粒子构成的离散混合介质的不规则热运动，使得大气呈现出非稳态性和随机性，这种现象称之为大气湍流现象。当光波穿过空间大气层时，由于大气中湍流介质中各处的压强、温度、湿度以及物理特性的随机变化，使得射出湍流介质的波阵面不再保持平面特性。因此，光学成像系统中的传感器透过大气对目标物或场景进行观测时，由于近地面的大气湍流强度在空间和时间上分布的差异，造成湍流介质内的空气折射率的随机涨落。这会导致光波到达像面的振幅和相位的随机起伏，从而导致光束扩散、波面畸变、像点漂移等现象[2][3]，使得目标在成像设备上会产生严重的模糊和降质。大气对成像系统的影响主要包括：1）空间对地高分辨率遥感观测中，卫星或航天飞机对地面目标进行跟踪和监视。2）在地基成像观测系统中，自适应光学望远镜对卫星、行星以及其他宇宙天体进行识别与探测。3）在高速飞行器成像制导系统中，使用激光器对目标实施打击的过程（如图1.1 所示）。由于大气湍流的干扰，飞行器上发射的激光束产生随机扩散与畸变，严重减弱了激光器的打击精度，因此有效的减弱大气湍流的影响，避免激光器的能量扩散和路径偏移是十分必要的。 （a）美国战略导弹防御系统机（b）激光器打击导弹 （c）理想情况下激光束的能量分布（d）受大气湍流干扰的激光束能量分布 图1.1 美国战略导弹防御机系统 在地基空间目标观测过程中，大气湍流扰动的存在，使得光学望远镜的分辨率不再由其理论衍射极限来决定，而取决于其大气相干长度。当光学系统对受到大气湍流干扰的光波进行成像时，其分辨率不会超过口径为0r 的光学系统衍射极限分辨率，其中0r 就是大气相干长度的大小[4]。0r 值越大，表示大气整体湍流强度越小。如果口径数米乃至数十米的光学望远镜在没有自适应补偿系统的条件下，通过空间大气层对近地卫星、行星或其他星体进行观测成像时，由于受到大气湍流的影响，其成像分辨率不会超过口径为分米级小型望远镜[5]，且获取的图像会出现模糊与抖动，这严重降低了观测图像的研究价值。针对大气湍流的扰动问题，目前研究人员提出了两种解决方案：1）发射太空望远镜（如美国哈勃望远镜、康普顿望远镜）。但是太空望远镜不仅造价和发射耗资巨大，而且出现故障不易检测和维护。望远镜如果没有补偿措施，在太空中会受到太空低温、失重环境导致镜面畸变，同样会观测图像出现模糊和降质。2）采用自适应光学补偿系统和波后复原技术。首先通过自适应光学系统对光波波前畸变进行实时补偿和校正，其后基于数字图像处理技术对目标受抑制的中高频信息进行恢复和重建，最终获得目标的高清晰图像。 在遥感对地观测领域，由于大气湍流干扰、卫星平台的不稳定振动、传感器与被拍摄目标之间的相对运动、光学成像系统的离焦和散焦等因素，再加上传感器在数据传输、扫描成像时引入的噪声，都会导致遥感图像的降质和退化。然而研究人员希望获取纹理和边缘清晰、易

光源的时间相干性和空间相干性对干涉、衍射的影响

109-光源的时间相干性和空间相干性对干涉、衍射现象的影响 摘要：光波作为一种概率波，其波动性已早已为我们所熟知，并且基于其波动特性的干涉和衍射现象已用于科学研究和生产实践的各个领域。因此，提高光波的相干性对充分利用干涉和衍射现象具有重要意义。光波的相干性与光源的性质有着密切的联系，因此搞清楚光源的时间相干性和空间相干性具有重要意义。 关键词：时间相干性；谱线宽度；空间相干性 正文： 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nm,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。 光源的空间相干性体现为光源的大小对相干性的影响。由于从普通光源的不同部位发出的光是不相干，因此光源的大小必然影响到其相干性。其具体临界数量关系式为：bd=R λ,其中λ为单色光的波长，R 为光源 与衍射孔的距离，b 为光源的宽度， d 为衍射孔的距离。当d,R, λ固定 时，光源的宽度b 必须小于R λ/d, 才可以在衍射屏上观察到干涉条 纹。同样，当b,R,λ固定时，d 必须 小于R λ/b,称该值为相干间隔，以 此来衡量光源的空间相干性。由于激光光源各处发出的光都是想干的，所以激光光源的光场相干间隔的限制，这也是激光具有强相干性的原因之一。迈克尔逊侧性干涉仪巧妙地利用了空间相干性原理来测得恒星的角直径，便是利用空间相干性的典型例子。 在光栅光谱仪的实验中，减小光入射缝的宽度实际上是相当于减小了b ，从而提高了光源的空间相干性，故得到原子光谱的谱线更加精细，体现在电脑图谱上就是突起变得更加尖锐。 参考文献 [1].张三慧.大学物理:第四册.北京:清华大学出版社,2000. [2].张三慧.大学物理:第五册.北京:清华大学出版社 ,2000.

激光大气信道

激光大气信道相关总结 1、大气对信道传输的影响 激光在大气中传输主要受到两个方面因素的影响：衰减效应、湍流效应。其中，衰减效应主要影响激光信号的功率，使到达接收端光信号的功率降低，作用方式包括：吸收、散射、折射、反射等。湍流效应主要由大气的不规则随机运动引起，影响光信号的质量，对光信号的相位、强度分布以及光斑的位置等都有较大影响，主要表现形式包括：光束漂移、扩展、闪烁以及到达角起伏等。 1.1衰减效应对激光通信的影响 衰减效应主要由大气分子、气溶胶以及空气中的微小颗粒物产生，包括吸收、散射、反射、折射的等，是大气的固有属性，可采取相应的措施进行有效的规避或补偿。 （1）吸收 作用机理：激光穿过大气时，大气中的分子在光波电场的作用下被极化，并以入射光的频率做受迫振动，使部分辐射的光能转换成气体分子的内能，消耗了光波的能量，形成吸收效应。（经相关研究表明，气溶胶粒子由于直径较大，对光的吸收作用不明显） 作用特点：使激光功率衰减，但不改变光束的质量。 决定因素：分子对光波能量的吸收由分子结构、浓度和吸收光频率所决定，不同的气体分子对不同频率的光吸收的能力不同，具有一定选择性。 衰减规律： Pλ,x=P(λ,0)exp?[?kλx] kλ----吸收系数； x----传输距离； 大气窗口:大气对某些波段光波的吸收较弱，透过率较高，称这些透过率较高的波段为大气窗口。 由于大气是不同分子的复杂混合体，且气体分子的浓度还随着海拔的变化而变化，并考虑散射等因素影响，通过统计分析，地球大气的透过率如下： 图 1-1 不同波长激光在大气信道中传输的透过率

（2）大气散射 散射是光在传播过程中遇到微小粒子，使其传播方向发生改变的现象，是电磁波在大气微粒作用下的衍射效应造成（只有当微粒的直径小于或相当于辐射波长时才会发生明显的作用）。其结果会使光在原传播方向上的能量减小，影响光斑形状和光强分布。常用的散射模型：瑞利散射、米氏散射、无选择性散射。 大气散射的效果主要表现为两个方面：减小在传播方向上的光能量、改变光斑内的强度分布，使光斑内部有明暗之分。 瑞利散射： 产生条件：散射微粒直径远小于波长时产生，也称作气体分子散射（10?8cm量级）。对波长小于40nm的光波作用明显作用比较明显。（大气分子（0.1nm）；可见光（400～760nm）；近红外短波（780~1100nm）；近红外长波（1100~2526nm））主要作用粒子：大气分子。 特点：散射粒子较小，散射光分布较均匀，对波长小于40nm的光波才作用明显比较明显。随着散射分子半径增大，散射增强；随着波长的增大，散射减弱。由此可以推论，可见光比红外光散射强烈，蓝光比红外光散射强烈（形成蓝色天空）。 经验公式： σm=0.827×N×A3/λ4 A——散射元横截面积(cm2) N ——单位体积内分子数(cm?3) λ——光波波长(μm) T——表示热力学温度 图1-2 散射强度与波长的关系 米氏散射： 产生条件：当空气中粒子的直径大于入射光的波长或者和光的波长可以比拟的时产生，粒子对入射光散射后的散射光分布比较复杂且不对称，瑞利散射不再适用。 作用粒子：云、雾、雨、雪等气溶胶粒子以及雾霾等微小粒子。 特点：散射光角度分布较为复杂，并且随着粒子直径的增加，散射光集中的角度也越来越窄。（对光信号的影响也相对更大）

大气吸收与湍流基础总结

一、激光大气衰减基础： 激光大气衰减包括大气气体分子对激光的吸收和散射、气溶胶粒子的吸收和散射，激光信号通过均匀大大气介质之后，其电磁辐射强度满足: 比尔-郎伯-布格定律： Iν,l=I0(ν)e?k(ν)l; ν:为波数，I(ν)为信号传输l距离之后的电磁辐射强度，k(ν)代表消光系数，I0(ν)为进入介质前的光辐射能量。 透过率函数： Tν,l=Iν =e?k(ν)l; I0ν 其中，τ=kl也被称作光学厚度，是一种无量纲的物理量；其中，k(ν)既包括了大气分子的吸收（k ma(ν)）和散射(k ms(ν))系数，也包括了气溶胶的吸收(k aa(ν))和散射((k as(ν)))系数： kν=k maν+k msν+k aaν+k as(ν) 在实际的大气信道中，kν随着高度(z)的变化（假设大气具有分层均匀特性），即可以表示为k ν，z,当信号光以天顶角θ入射到大气介质中时，光学厚度可以表示为： z τ（ν，z）=sec?(θ)k(ν,z)dz 其中，其他的消光系数表如附图所示： 大气分子吸收效应的从测量： 二、大气光学湍流： 1、大气湍流模型的描述：均匀各向同性湍流、非均匀各向同性湍流 均匀各向同性湍流(是一种理想化的大气湍流模型，在复杂地形区和高空，对流层以上的区域，满足该理论条件的大气湍流区域有限，特别是近年来对大气湍流间歇性现象的发现，更证明了Kolmogorov模型应用的局限性。目前工程中常需要借助大量的实验观测数据对该模型进行修正。) 查理森级串模型： 湍流可以视作由气体流动形成的差别较大的涡旋，大涡旋不稳定，其从外界获取能量后，通过分裂等一系列复杂的运动将能量传递给次级涡旋，最后再最小的涡旋中通过气体黏性损耗。在一定的区域内，涡旋级串达到某种平衡状态，形成局部均匀各向同性

光的时间相干性

目录 中文摘要 Abstract 引言 (1) 1.光的相干 (1) 1.1干涉条纹的对比度 (1) 1.2 空间相干性 (1) 1.3 时间相干性 (2) 2.迈克尔孙干涉仪 (5) 2.1迈克尔孙干涉仪装置 (5) 2.2迈克尔孙干涉仪原理 (5) 3.应用 (5) 3.1用迈克尔逊干涉仪测量汞相干长度 (7) 3.1.1实验方法 (8) 3．1.2数据记录 (8) 3.1.3 实验结果 (9) 3.2用迈克尔逊干涉仪测量钠相干长度 (9) 3.2.1 实验数据结果 (9) 致谢 (10) 参考文献 (10)

引言 虽然光学是物理学中最古老的一门基础学科，但是在当前科学研究中依然活跃，具有很强的生命力和研究价值。从十七世纪开始，人们发现彩色的干涉条纹并开始对其进行观察研究，一直以来以光的直线传播观念为基础的光的本性理论动摇了，从此开始进入了光的波动理论的萌芽期。十九世纪初，波动光学初步形成，产生了很多一系列的干涉方面的理论，光源的时间相干性概念也就是此刻被提出并引入了干涉理论当中去的。 光源的时间相干性是掌握光的干涉和衍射现象的一个很重要的方面，它用相干长度和相干时间来表示。光源时间相干性主要是与干涉现象中条纹的清晰度有着很大的关联，知道了它们之间内在的影响关系之后，就可以很容易的，通过改变某些条件来得到清晰的对比度较好的条纹，从而便于我们观察，加深认识，也更容易对波动光学理论的基础进行理解跟掌握。在当今，社会生活中的很多方面都与光的时间相干性有着紧密的联系，在光的时间相干性的基础上运用光的干涉进行精度的评估，如长度的精密测量，及检验工件表面的差异等。 1.光的相干 1.1干涉条纹的对比度 为了描述两波交叠区域内的干涉条纹的清晰程度，引入对比的概念。干涉条纹对比定义为 min max min max I I I I V +-= (1.1) 式(1.1)中max I ，min I 分别为条纹光强的极大值和极小值。当max I =0时， 1=V ，此时条纹的反差最大，对比度最大，干涉条纹最清晰；当max min I I ≈时，0≈V ， 此时条纹模糊，对比度为0，甚至不可辨认，看不到干涉条纹。一般的， V 总是在1~0之间。 关于干涉条纹的对比度，影响因素有很多，主要因素有产生干涉的两束光的光强比、光源的大小以及光源单色性的好坏等，本论文就是主要研究每个因素所产生的影响进行讨论。 1.2光源的相干极限宽度 空间相干性 在讨论杨氏双缝干涉实验时，假设光源S 宽度很小，可以看作是线光源。实验表明，随着光源宽度增大，干涉条纹的对比度将下降，当光源宽度达到某一个值时，对比度为零，此时干涉条纹消失。为什么会出现这种现 ？这是因为任何一个有一定宽度的光源S ，都可以看成有更细的光线光源组成的。由于光源上不同部位发出的光彼此不相干（激光光源除外），所以每个线光源各自都在屏上产生一组干涉条纹。这些干涉条纹彼此错开，产生非相干叠加，结果是屏上的条纹变得模糊不清以至消失，条纹的对比度下降为零。 定义干涉条纹的对比度下降为零时，光源的宽度0b 称为光源相干的极限宽度。光源相干的极限宽度0b 可如下求出，如图1.1 ，射光源到双缝屏G 的距离为B ，光源发

LED光源数字全息技术研究

文章编号:1002-2082(2010)02-0237-05 LED 光源数字全息技术研究 巩　琼1 ,秦　怡 2 (1.南阳师范学院物理与电子工程学院,河南南阳473000; 2.暨南大学光电工程系,广东广州510632) 摘　要:研究以发光二极管(LED)作为光源的部分相干光数字全息技术。首先研究LED 的时间相干性和空间相干性,尽管LED 的时间相干性较差,但空间相干性可以通过减小光源发光面积来提高。利用LED 的时间相干性较差、相干长度短的特点,抑制相干噪声,改善数字全息重建质量。在同一全息记录系统,通过实验,比较了用激光和LED 光源的数字全息重建图像质量。结果表明:基于LED 光源的数字全息,完全消除了使用激光光源的散斑噪声和由光学元件引入的寄生干涉噪声,物光场的重现质量,包括振幅和相位都得到了很大提高。但由于LED 光源的较低的空间相干性,一般只适用于同轴相移数字全息,待测物体的厚度在十几微米以内,应用受到一定限制。关键词:全息术;数字全息;部分相干光;发光二极管 中图分类号:TN 312.8;T B 877 文献标志码:A LED -based digital holography GONG Qiong 1,QIN Yi 2 (1.College of physics and electr onic Engineer ing,Nanyang Norma l University,Na nyang 473000,China; 2.Depar tment of Optoelectr onic Engineer ing ,Jinan Univer sity ,Guangzhou 510632,China ) Abstract :T he shor t coher ence digital holography based on LED was studied .T he time coherence and spatial coherence of the LED were studied respectively.Although the time coherence of the LED is very short,the spatial coherent of the LED can be further improved by decreasing the area of the light sour ce .T he noise in digital hologr aphy could be suppressed by utilizing the shor t coherence and the quality of the retr ieved field is enhanced.T he digital holography by means of laser and LED was carried out respectively,then the quality of the reconstructed fields wer e compar ed.The r esults show that the speckle noise and multiple reflections,which are introduced by laser sour ce ,are completely eliminated in the digital holography based on LED .Consequently,the quality of the reconstructed object field,including amplitude and phase distr ibution,is greatly improved.However ,owing to the short coherence of LED,the application is confined to in -line digital holography ,the thickness of the object to be measured should be no longer than tens of microns . Key wor ds :holography;digital hologr aphy;partial coher ent source;LED 引言 作为对物体进行三维重建以及实现形貌测量的重要工具,数字全息[1]在微电路检测,粒度检测以及透明场测量等对象测量方面有着广泛的应用 前景 [2-5] 。数字全息通常采用相干光源(激光)记录, 其良好的相干性使得实验过程非常简便。但是,完全相干光对光路中任何细小的缺陷都会产生非常敏感的反应,而且强相干性也会导致散斑噪声和由 收稿日期:2009-09-10;　修回日期:2009-09-28 作者简介:巩琼(1982-),女,甘肃天水人,助教,主要从事通信与光电信息处理方面的研究。E -mail :641858757@qq .com 第31卷第2期2010年3月 应用光学Journal of Applied Optics Vol.31No.2 Mar.2010

光源时间相干性的研究

目录 引言 (1) 1光源时间相干性的概述及其理论分析 (1) 1.1干涉条纹的对比度 (1) 1.2光源单色性 (2) 1.3时间相干性 (2) 2实验原理 (3) 2.1光源相干长度、相干时间的测量原理 (3) 2.2波长的测量原理 (5) 2.3钠灯D双线（D1、D2）波长差的测量原理 (6) 3实验设计与方案 (7) 3.1各种光源干涉条纹的调节及与相干长度、相干时间的测量 (7) 3.2实验数据记录及处理 (10) 结束语 (12) 参考文献 (13) 英文摘要 (13) 致谢 (14)

光源时间相干性的研究 物理系0701班 学 生 梁 勇 指导教师 高 雁 摘要：本文介绍了光的时间相干性概念，利用迈克尔逊干涉仪，对白光及具有不同谱线宽度光源的干涉现象进行观察对比，测量出它们的线宽及相干长度，对测量结果进行分析，得出光源的相干时间、相干长度与干涉条纹清晰度关系的一般性结论。加深对光源时间相干性的理解。 关键词：对比度；光强；相干时间；相干长度 引言 虽然光学是物理学中最古老的一门基础学科，但是在当前科学研究中依然活跃，具有很强的生命力和研究价值。从十七世纪开始，人们发现彩色的干涉条纹并开始对其进行观察研究，一直以来以光的直线传播观念为基础的光的本性理论动摇了，从此开始进入了光的波动理论的萌芽期。十九世纪初，波动光学初步形成，产生了很多一系列的干涉方面的理论，光源的时间相干性概念也就是此刻被提出并引入了干涉理论当中去的。 光源的时间相干性是掌握光的干涉和衍射现象的一个很重要的方面，它用相干长度和相干时间来表示。光源时间相干性主要是与干涉现象中条纹的清晰度有着很大的关联，知道了它们之间内在的影响关系之后，就可以很容易的，通过改变某些条件来得到清晰的对比度较好的条纹，从而便于我们观察，加深认识，也更容易对波动光学理论的基础进行理解跟掌握。在当今，社会生活中的很多方面都与光的时间相干性有着紧密的联系，在光的时间相干性的基础上运用光的干涉进行精度的评估，如长度的精密测量，及检验工件表面的差异等。 1光源时间相干性的概述及其理论分析 1.1干涉条纹的对比度 m i n m a x m i n m a x I I I I V +-= (1.1) 式(1.1)中max I ，min I 分别表示观察点附近的极大，极小光强。当暗条纹全黑 时，也就是0min =I 时，1=V ，此时条纹的反差最大，干涉条纹最清晰；当max min I I ≈时，0≈V ，此时条纹模糊，甚至不可辨认，看不到干涉条纹。一般的，V 总是

ch2-6光的相干性

§2—6 光的相干性
一、光源的非单色性对干涉条纹衬比度的影响
1. 照明光波具有两个相近波长成分时的干涉图样衬比度
单色光照明时叠加光波的强度分布（取I0为两光束强度之和）：
I = I 0 [1 + cos (kΔl )]
（k=2π/λ）
照明光波包含两种相近波长成分时，其各自独立产生的叠加光波强度：
I1 = I 01 [1 + cos(k1Δl )]
（k1=2π/λ1）
I 2 = I 02 [1 + cos(k 2 Δl )] （k2=2π/λ2）
总的干涉光场强度：
I = I1 + I 2 = I 01 [1 + cos(k1Δ )] + I 02 [1 + cos(k 2 Δ )]

若：I01=I02=I0，k=(k1+k2)/2， λ=(λ1+ λ2)/2， Δk=k2-k1， Δλ=λ1- λ2，得
I = I 0 [2 + cos(k1Δl ) + cos(k 2 Δl )] ? ? ? Δk ? = 2 I 0 ?1 + cos? Δl ? cos(kΔl )? ? ? 2 ? ? ? Δk ? γ = cos? Δl ? ≤ 1 ? ? 2
1.0
干涉图样衬比度：
1.0
I/4I0
γ
0.5
0.5
0
Δ l /λ
0 5 10 15 20
0
Δ l /λ
0 5 10 15 20
照明光源具有两个相近波长 成分时的干涉条纹强度分布 （Δk=k/10）
照明光源具有两个相近波长成分 时的干涉图样衬比度随光程差的 变化（Δk=k/10）

激光相干性的研究及实验测量

激光相干性的研究及实验测量 摘要：激光相干技术起源于上个世纪。激光具备了一些普通光源所不具有的特殊性质，如高方向性、高亮度性、高单色性、高相干性。本文以激光的高相干性为研究对象，通过对激光基本性质的研究和激光相干性的基本性质、基本概念、以及激光相干性实验测量来展开讨论研究的。通常我们可以将激光进行扩束，然后将其应用到迈克尔干涉仪上从而来达到观测干涉条纹从而对激光的相干性进行实验研究。 关键词：激光；相干性；扩束：迈克尔干涉仪

目录 1 引言 (1) 1.1 激光相干性研究目的和意义 (1) 1.2 激光相干性研究的现状 (1) 2 激光基本原理 (1) 2.1 激光产生的基理 (1) 2.2 激光产生的条件 (3) 2.3 激光产生的原理 (4) 3 激光相干性的描述 (4) 3.1 激光时间相干性 (4) 3.2 激光空间相干性 (5) 3.3 激光的相干光强 (5) 4 激光相干性的实验研究 (6) 4.1 迈克尔逊干涉仪 (6) 4.2 使用扩束玻璃做激光相干性实验 (6) 4.3 其它仪器的激光相干性实验 (8) 5 小结 (8) 参考文献： (8) 致谢： (9)

1 引言 1.1 激光相干性研究目的和意义 激光具有一些普通光源所不具备的性质，比如高方向性、高亮度性、高单色性，高相干 性等等，其实可以将激光的这种特性简单的概括为激光是一种高度简并的光子。本文主要对 激光的相干性做出研究，具体包括时间相干性、空间相干性、相干光强。在这些研究中激光 相干性是最主要的研究对象，通过对激光相干性的研究我们就可以更加直观的理解和掌握激 光的这些特殊性质，从而达到更好的应用激光相干性技术的目的。 1.2 激光相干性研究的现状 在过去的将近一个世纪的时间内，激光相干技术正在迈着稳健的步伐前行着，这是一部 宏大的科学发展史。20世纪40年代，来自前苏联的巴索夫和来自美国的汤斯首次实现了 MASER 。20世纪50年代汤斯开创新思路用开放式光学谐振替代了旧有的封闭振腔谐。 激光产业是人类科学技术的创新与发展，事实上在现实生活中激光以及激光相干技术已 经发挥了越来越大的作用，比如防伪、通讯、医学、检验、印刷、军事、全息拍照等等。走 在世界激光前列的国家主要有美国、日本、德国等，如今的我国也激光方面的发展也取得了 重大的突破，正在逐步迈入了激光大国的行列。放眼未来，激光及激光相干技术既具备了广 阔的发展空间，又充满了巨大的机遇和挑战。 2 激光基本原理 2.1 激光产生的基理 当原子、离子、分子等受到一定频率的能量激发时会产生的一种特殊的光，这种光具有 不发散和高相干的性质，这种光被称作激光。 爱因斯坦曾指出：光与物质相互作用包含三种情况：一、自发辐射，二、受激辐射，三、 受激吸收。 假设原子只有两个能级，那么在原子中发生能级跃迁时如图一所示有 12E E h -=ν 图一 能级跃迁图 一、自发辐射 自发辐射是和辐射场无关的，它指处于高能级2E 状态的原子会自发的向低能级1E 状态