關于激光的相干性問題

在教學中有學生提出這樣的問題：產生干涉的條件是兩列波的頻率相同，相差恒定，振動方向相同。而激光是自然光，振動方向向各個方向都有（這在光的偏振實驗中已看到），為什么激光還有很好的相干性呢？如：讓激光直接照射在雙縫上，就會發生光的干涉，而在雙縫前并不需要單縫。

要解釋上面的問題，應對激光的相干性有所了解。

首先光的相干性包括時間相干性和空間相干性。原子的發光時間Δt與所發光的頻率寬度Δυ成反比，也就是說，Δυ愈小，Δt就愈長。

在普通光源中，原子發光過程都是自發輻射過程，各個原子的輻射都是自發地、獨立進行的，因而各個原子發出的光子在頻率、發射方向和初位相上都是不相同的，所以，在光源的不同位置發出來的光各不相同，不具備空間相干性；而它的Δυ很大，所以Δt就很短，因而也不具備時間相干性。所以普通光源發出的光不是干涉光。

而對激光器來說，它所發射的激光單色性很好的，即激光的Δυ非常小，比普通光的Δυ要小得多。因而激光的相 干時間Δt很大，即激光的時間相干性是很好的。

那么，激光的空間相干性又怎樣呢？在激光器內，開始時光波的空間是不相干的，但在多次來回反射的衍射孔邊緣處，由于光的衍射而擴散，不僅向外也向內發射光束。也就是說，衍射孔使從光束截面上各點射出的光線互相混合，等效為一束光變成了幾束光。所以在許多次衍射后，光束截面上一個點的光，不再僅與原光束的一個點有聯系，而是和整個截面有聯系。因此截面上各點是相關聯的，在這種情況下，就建立了光束的空間相干性，光波就成為空間相干的了。所以盡管激光是自然光，振動方向向各個方向都有，并不影響激光的空間相干性。

參考文獻：

［1］姚啟鈞.光學教程［M］.北京：高等教育出版社，2005.4

（欄目編輯 羅琬華）