部分相干理论的基本概念和应用领域简介

通过前面的讨论，可以看到，照明光源的相干性对于光学系统成像具有重大影响。所谓相干性（Coherence），是指两列同频率单色光波叠加时，因彼此相关而能够观察到清晰的干涉现象（强度起伏），它包含了相干的时间效应和空间效应。这两种效应分别产生于光源的单色性程度和光源的有限尺寸。相干性的好坏常用其干涉条纹的对比度来描述。在讨论过程中，为了简单起见，做了两种理想化的假设：一种情况是把光源假设为一个理想的点光源，并且具有严格的单色性，这样的光扰动具有完全的相干性，其干涉条纹的对比度可以达到1；另一种情况，则假设光源是完全不相干的，用完全不相干的光源照明时得不到干涉条纹，干涉图的对比度等于零。

但是，点光源和单色光的概念都只是一种在数学上的理想化的抽象。严格的单色光在时间上是无限延续的，传播的波列也是无限长的，这在实际中自然是不存在的。同样，任何点光源也是不存在的，也是一种理想模型。任何光源都包含有一定的波长范围和尺寸，这些都会影响到光源的相干性。与此对应，完全不相干的光源也是一种理想化，即使采用通常认为完全不相干的太阳光来照明，在一定条件下也能产生干涉效应。例如，在杨氏干涉装置中，只要两个小孔靠得很近（约0.02 mm），用太阳光来照明双孔，也能看到干涉条纹。由于严格的相干光场和严格的非相干光场实际上都不可能得到，因此，应该研究实际存在于完全相干与完全不相干之间的中间状态，称为部分相干性（Partial Coherence），这就是本章所要讨论的内容。(www.xing528.com)

部分相干性理论是现代光学中较为活跃的一个领域，它既是处理光场统计性质的一种理论（统计光学方法），又涉及光场的量子力学描述（量子光学）。从20世纪60年代起，部分相干性理论在许多学科领域变得重要起来，例如射电天文学、激光理论、光通信技术、光学干涉计量和光谱学等。进入20世纪80年代，部分相干性理论已经相当完备，其应用领域甚至扩展到一些交叉学科，如生物物理学、心理学等。本章仅限于介绍部分相干光理论的基本概念和基本规律，只采用对光场的统计描述，而不涉及量子光学处理方法。