什么叫做单色光？什么是相干光？什么是相干长度和相干时间？

光源即可以发射光波的物体。按照激发方式不同可分为：热能激发（如弧光灯、白炽灯）；电能激发（电致发光，如半导体发光二极管或稀薄气体中通电时发出的辉光）；光激发（光致发光，如碱土金属的氧化物在可见光或紫外线照射下被激发而发光，当外界光源移走后，立即停止发光的叫荧光，仍然在发光的叫磷光）；化学发光（燃烧、萤火虫、腐烂物中的磷在空气中氧化而发光）。

普通光源发光是处于激发态的原子（或分子）的自发辐射，即原子吸收外界能量而处于激发态（n=3），激发态极不稳定，电子在激发态停留的平均时间为10^-11s到10^-8s，之后会自发地回到低激发态（n=2）或基态（n=1）此时，这个过程就会向外发射电磁波（光波），ΔE=hν。

每个原子发光是间歇的，当其经过一次发光后，只有在重新获得足够能量后才会再次发光，且每次发光持续时间极短，约10^-8s，原子发射的光波是一段频率一定、振动方向一定、有限长的光波，我们称其为光波列。

光波波列

普通光源中，每个原子的激发和辐射参差不齐，且彼此间没有联系，是一种随机过程，因此不同原子在同一时刻所发出的光波列在频率、振动方向和相位上各自独立；且同一原子在不同时刻所发出的波列之间振动方向和相位也各不相同。

什么是单色光？

单色光（monochromatic light）是指具有单一频率ν的光波。严格来说单色光是不存在的，因为任何光源发出的光波都会有一定的频率（或波长）范围，在此范围内，各种频率（或波长）所对应的强度是不同的。通常我们以光谱宽度来表征光的单色性好坏，光谱曲线所对应的波长范围越窄Δλ，则光的单色性越好。

造成谱线谱线宽度展宽的原因包括：自然宽度（由能级的宽度造成）、多普勒增宽（由光源的运动造成）、碰撞增宽。

什么是相干光？

在光学中，两个独立的同频率的单色普通光源发出的光相遇是不能得到干涉图样的，实现光的干涉必须创造一些条件。光波是电磁波，传播的是交变的电磁场（场矢量E和H），两个场矢量中对人眼或感光仪器等起作用的主要是电场矢量E，我们称其为光矢量或电矢量。

光的非相干叠加

若两束同频率的单色光是分别由两个独立的普通光源发出的，由于光源中的原子或分子发光具有随机性和间歇性，两光波间的相位差（φ2-φ1）也将随机地变化，并以相同的概率取0到2π间的一切数值，此时，在所观测的时间内

那么两束光重合后的光强I等于两束光分别照射时的光强I1和I2的和（I=I1+I2），我们称这种情况为光的非相干叠加。

若两束光来自于同一光源且它们的相位差（φ2-φ1）始终保持不变，那么此时合成后的光强为

△不随时间变化，△称为干涉项，我们称这种情况为光的相干叠加。合成后的光强不仅取决于两束光的强度I1和I2，还与两束光之间的相位差（△φ=φ2-φ1）有关。当两束光在空间不同位置相遇，其相位差也将有不同的数值，因此，在空间各个不同的光强将发生连续的变化，即光强在空间重新分布。

相长干涉（constructive interference）：△φ=±2kπ，光强最强

相消干涉（destructive interference）：△φ=±（2k+1）π，光强最弱

那么，我们把能产生相干叠加的两束光称为相干光。相干光的产生必须满足：振动频率相同、方向相同、相位差恒定三个条件。

相干光如何获得？

普通光源发出的光是由光源中各个分子或原子发出的波列组成的，而这些波列之间没有固定的相位联系，因此来自两个独立光源的光波，即使频率相同，振动方向相同，它们的相位差也不可能保持恒定，故而不能得到干涉现象。同一光源的两个不同部分发出的光，也不能满足相干条件，因此也不是相干光。

只用从同一光源的同一部分发出的光，通过某些装置进行分束后，才能获得符合相干条件的相干光。

获得相干光的方法的基本原理是把光源上同一点发出的光设法一分为二，然后再将这两部分叠加起来，这样就可以保证两束光来自同一光源的同一次发光，每一波列都分成了频率相同、振动方向相同、相位差恒定的两列波列，因此这两部分光是满足相干条件的相干光。

分波阵面法（division of wavefront method）：由于同一波阵面上各点的振动具有相同相位，所以从同一波阵面上取出的两部分光可作为相干光源，例如杨氏双缝实验。

分振幅法（division of amplitude method）：当一束光投射到两种介质的分界面上时，一部分反射，一部分透射，随着光能被分成两部分或若干份，光的振幅也同时被分成几份，例如薄膜干涉实验。

相干长度和相干时间？

普通光源发光的微观过程是间歇的，每个原子的持续发光时间是有限的，这决定了光源发射的每个光波波列是有一定长度l的。

具有一定长度的光波波列

当光波在干涉装置中分成两束光时，每个波列都被分成两部分，波列a被分成a1和a2，波列b被分成b1和b2。

若两光路的波程差不大时，由同一波列分解出的两列波可能相遇叠加，发生干涉，如下图，a1与a2干涉、b1与b2干涉。

若两光路的波程差过大时，由同一波列分解出的两列波无法相遇（相互叠加的可能是由前后两波列分解出来的波列a1和b2），这时就不能发生干涉，如下图，a1与a2已不能相遇。

也就是说，当两个分出的光波列a1和a2（或b1和b2）之间的波程差超过了波列长度la（或lb）时，就不再发生干涉了，我们把这个可以产生干涉的最大波程差δm称为相干长度L。

理论计算，相干长度L（coherent length，=最大波程差δm=波列长度l）与谱线宽度成反比，与波长成正比，光源的单色性越好，则产生干涉条纹的最大波程差越大，即光源的相干长度越大。

相干时间τ0（coherent time）是指光通过波列长度l（或最大光场差δm，或相干长度L）所需要的时间。此外，由于波列是沿光的传播方向通过空间固定点的，所以时间相干性是光场的纵向相干性。

光的单色性越好，相干长度和相干时间就越长，时间相干性也越好，我们就可以观察到干涉级数较大的条纹。