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光的相干性和光子简并度
相干性： 相干波光场物理量之间的相关性质。
光的相干性和光子简并度
相干条件
（1）频率相同；
（2）存在相互平行的偏振分量；
（3）具有稳定的相位差。
产生干涉的条件：
描述时间相干性的等效物理量：
①相干时间：
②相干长度：
③谱线宽度：
光的时间相干性
空间某点处两个不同时刻的光场有
相干性的最大时间间隔，即波列持续时间。
（2）大小：
：光源的谱线宽度(线宽)
证：
E(t)=
0
0其它
0：光源的中心频率
t
E
E0
0
tc
（1）相干时间:
（a）场时函数:光场随时间变化的函数关系。
（5）相空间体积元大小：
（6）相格空间体积：一个相格所占的坐标空间体积。
5、光波模式与光子状态的关系：等效。
一个光波模即是一个光子态，在波矢空间中占据
一个体积：
一个光子态在六维相空间中占据一个相格：
一个相格或一个光子态内的光子不可区分。
（b）场频函数E( )：光场随频率变换的函数关系。
（场时函数的付里叶变换）
（c）强频函数(光谱)：光强随频率变换的函数关系。
(场频函数的模平方)
（d）线宽：强频函数峰值一半所对应的两频率之差。
（3）本质： 反映光源的单色性。
＝ 2- 1
0
I( )

I0
0.5I0
2、光的空间相干性
（b）大小：
（a）定义：某时刻沿光传播方向两个不同地点光场有相干性的最大空间间隔，即光波列长度。
（1）纵向空间相干性——相干长度
c:光在真空中的速度
（c）本质：反映光源单色性。
来源于波场中不同点在同一时刻光波场特性的相关性。此相干性来源于光源中不同原子发光的独立性。
（3）相干性的粗略描述——相干体积
相干体积Vc：若在空间体积Vc内各点的光波场具有
明显的相干性，则Vc称为相干体积。
相干面积:
属于同一光子态的光子是相干的，应包含在相干体积内，相格空间体积等于光源的相干体积。
（2）横向空间相干性——相干面积
定义：某时刻在与光传播方向垂直的平面上使
任意两点光场有相干性的最大空间面积。
结论：
相格空间体积 = 一个光波模或光子态占有的空间体积 = 光源的相干体积。
相同光子态或光波模式的光子是相干的，不同光子态或不同光波模式的光子是不相干的。
3、光子简并度
（1）对好的相干光源的衡量标准
尽可能高的相干光强，足够大的相干面积，足够长的相干时间（或相干长度）。
普通光源的缺陷：增大相干面积、相干长度与增大相干光强是矛盾的！
激光光源：是把大的相干光强与好的相干性结合起来的强相干光源。
（2）相干光强：是描述光的相干性的参量之一，其大小取决于具有相干性的光子数的数目或同态光子的数目。
（3）光子简并度：处于同一光子状态的光子
数目。用 表示。
（4）相干光强与光子简并度的关系：相干光
强的大小取决于光子简并度的大小，光
子简并度越大，则相干光强越大。
（5）光子简并度的等效含义
光子简并度 = 同态光子数 = 同一光波模式内的光子数 = 同一相干体积内的光子数 = 同一相格内的光子数。
例1：
求封闭腔在 5000 处的单色模密度。
解：
腔内单位体积中频率处于 附近单位频率间隔内的光波模式数：
总模式数：
例2：求 He-Ne 激光器所发光子的能量、动量、质量（光波长为6328 ）。
解：

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