光的相干性

当线性介质中传播的两列光波在某一区域相遇时，它们相互叠加，条件不同，观察到的现象不一样。黑暗中两束探照灯光照射在同一物体上和阳光下肥皂泡上五彩缤纷的颜色就是不同的实例。前者是两个完全独立的光源所发出光波的叠加，叠加后的光强相当于两个探照灯均匀光强的简单的相加。后者是由于两列光波的相干叠加而引起光强重新分布，形成明暗相间的条纹，称为光的干涉。既然不是任意两列光波相遇都可以发生干涉现象，那么对于两列光波，在它们的相遇区域满足什么条件才能观察到干涉现象呢？同机械波的干涉类似，产生光的干涉有三个必要条件：

（1）频率相同；

（2）光矢量振动方向相同；

（3）相位差恒定。

以上条件称为相干条件，满足相干条件的光波称为相干光，产生相干光的光源称为相干光源。

设两个频率相同、光矢量E方向相同的光源所发出的光振幅和光强分别为E10、E20和I1、I2，它们在空间P点处相遇，则P点处合成光矢量的振幅E和光强I为

式中，Δφ为两光振动在P点处的相位差。

由于分子或原子每次发光持续的时间极短，人眼和感光仪器还不可能在这么短的时间内对两波列之间的干涉做出响应，因此，所观察到的光强是在较长时间τ内的平均值，即

对上式分两种情况讨论：非相干叠加和相干叠加。

1．非相干叠加

如果这两束光是分别来自两个独立的光源，由于分子或原子发光的独立性和随机性，这两个光波列的相位差Δφ也将随机变化，它可以等于0～2π之间的一切数值，并且概率相等，因而cosΔφ对时间的平均值为0，故

上式表明，来自两个独立光源的两束光，或同一光源不同部位所发出的光，叠加后的光强等于两光束单独照射时的光强I1和I2之和，故观察不到干涉现象。

2．相干叠加

若两束相干光在光场中各指定点的相位差Δφ各有恒定值，则在相遇空间的P点处合成后的光强为

当Δφ＝±2kπ（k＝0，1，2，…）时，这些位置的光强最大（I＝4I1），称为干涉相长；当Δφ＝±（2k－1）π（k＝1，2，…）时，光强最小（I＝0），称为干涉相消。光强I随相位差Δφ的变化如图14－1－2所示。

图14－1－2 两束光叠加时的光强分布

综上所述，只有两束相干光叠加才能观察到光的干涉现象。怎样才能获得两束相干光呢？一种方法是使用激光，因为激光具有很好的单色性和相干性。另外一种方法则是利用普通光源，将普通光源上同一发光点发出的光波分成两束，使之经历不同的路径再会合叠加，这样，每一个波列就分成两个振动方向相同、频率相同、相位差恒定的波列，因此这两个波列是相干波，在相遇区域可以产生干涉现象。获得相干光的具体方法有两种：分波阵面法和分振幅法。前者是从同一波阵面上的不同部分产生的次级波相干，如双缝干涉；后者是利用光在透明介质薄膜表面的反射和折射，将同一光束分割成振幅较小的两束相干光，如薄膜干涉。