Koherenciája - a ... koherens hullám. időbeli koherencia

Vegyünk egy hullám terjesztő az űrben. Koherenciája - az intézkedés a korreláció fázisában mért különböző pontjain. A koherencia hullám jellemzőitől függ annak forrásától.

Kétféle koherencia

Nézzük egy egyszerű példát. Képzelj el két úszó, emelkedő és csökkenő a víz felszínén. Tegyük fel, hogy a hullám forrása az egyetlen botot, amely harmonikusan meríteni, és eltávolítjuk a víz törés nyugodt felszínén a víz felszínén. Tehát van egy tökéletes korreláció a mozgás a két úszik. Nem tudnak mozogni fel és le pontosan fázis, amikor az egyik felmegy, a másik lefelé, de a fázis különbség az álláspontok a két úszik időben állandó. Harmonikusan rezgő pontforrás termel teljesen koherens hullám.

Amikor leírja a koherenciát az fényhullámok, megkülönböztetni a kétféle - térbeli és időbeli.

Koherencia képességére utal a fény előállításához egy interferencia mintázat. Ha két fényhullámok összehozzuk, és ne hozzon létre területek fokozott és csökkent a fényerő, hívják őket inkoherens. Ha az általuk gyártott „ideális” interferencia mintát (abban az értelemben, a teljes destruktív interferencia-nak), azok teljesen koherens. Ha két hullámai „kevesebb, mint tökéletes” képet, úgy tekintik, hogy azok részben koherens.

Michelson interferométer

Koherenciája - olyan jelenség, amely a legjobban magyarázható egy kísérletet.

A Michelson interferométer fényében a forrás S (amely lehet bármelyik: a nap, csillagok, vagy lézeres) irányítjuk rá egy féligáteresztő tükör M _0, ami 50% -át a fény felé M tükör ₁ és továbbítja 50% felé M tükör _2. A nyaláb tükörelemekről vissza M _0, és egyenlő részletekben visszavert fény az M ₁ és M _{2 egyesítjük} és képernyőre vetítettük B. A készülék beállítható úgy, megváltoztatásával a távolság a tükör M ₁ a nyalábosztó.

Michelson interferométer lényegében ötvözi a gerenda késleltetetve változata az övé. Világos, hogy átmegy az úton, hogy a tükör M _1-nek, hogy menjen a távolság a 2d több, mint egy fénysugár, ami mozog a tükör M _2.

A hossza és a koherencia idő

Mi figyelhető meg a képernyőn? Ha d = 0 látható számos, nagyon világos interferencia csíkok. Ha d megnő, a zenekar egyre kevésbé hangsúlyos: a sötét területek világosabbak, és a fény - dimmer. Végül nagyon nagy d, meghaladó egy bizonyos kritikus értéket, a D, a világos és sötét gyűrűk teljesen eltűnik, így csak egy elmosódott.

Nyilvánvaló, hogy a fény mező nem zavarja késleltetett változatát magát, amikor a késleltetés elég nagy. Távolság a 2D - ez a koherencia hossza: interferencia hatások észrevehető, ha a különbség az út kevesebb, mint ezt a távolságot. Ez az érték lehet alakítani során t _c elosztva a fény sebessége c: t _c = 2D / c.

Michelson kísérlet méri időbeli koherencia a fény hullám: a képességét, hogy zavarja a késleltetett változatát is. Egy jól stabilizált lézer t _c = 10 ^-4 s, l _c = 30 km; szűrt fény a hő t _c = 10 ^-8, l _c = 3 m.

Összhang és idő

Időbeli koherencia - intézkedés közötti összefüggést a fázisok a fényhullámok különböző pontjain mentén terjedési irányát.

Tegyük fel, forrás bocsát ki hullámhossza λ és λ ± Δλ, amely egy bizonyos ponton a térben zavarja a parttól L _c = λ ² / (2πΔλ). Ahol l _c - koherencia hossz.

A fázisa egy hullám terjesztő az x irányban úgy definiáljuk, mint az f = kx - ωt. Ha figyelembe vesszük, ábra hullámok térben a t időpontban a távolból l _c, a fáziskülönbség a két hullám vektor k ₁ és k _2, amelyek fázisban az x = 0 értéke Δφ = l _c (k ₁ - k _2). Amikor Δφ = 1, vagy a Δφ ~ 60 °, a fény már nem koherens. Interferencia és elhajlási jelentős hatással a kontrasztot.

tehát:

• 1 = l _c (k ₁ - k _{2) = l c (2π / λ} - 2π / (λ + Δλ));
• _{l c (λ + Δλ - λ} ) / (λ (λ + Δλ)) ~ l c Δλ / λ ² = 1 / 2π;
• L _c = λ ² / (2πΔλ).

A hullám halad át a tér egy c sebességgel.

A koherencia idő t _c = l _c / s. Mivel λf = C, akkor Af / f = Δω / ω = Δλ / λ. Mi lehet írni

• L _c = λ ² / (2πΔλ) = λf / ( 2πΔf) = c / Δω;
• t _c = 1 / Δω.

Ha egy ismert hullámhosszú vagy frekvencia a terjedési fényforrás, akkor lehet számítani, l _c, és t _c. Lehetetlen megfigyelni az interferencia minta hányadosaként kapott amplitúdója, mint például a vékony film interferencia, ha az optikai útvonal különbség lényegesen nagyobb, mint az L _c.

Időbeli koherencia forrás azt mondja Black.

A koherencia és a tér

Térbeli koherenciáját - intézkedés közötti összefüggést a fázisok a fényhullámok különböző pontjain keresztben terjedési iránya.

Ha az L távolság a monokromatikus termikus (lineáris) forrás, amely lineáris méretei a sorrendben δ, a két rés található nagyobb távolságra d _c = 0,16λL / δ, már nem termel egy felismerhető interferencia minta. πd _c ^2/4 az a terület, a koherencia forrás.

Ha t időben lásd a forrása a szélessége δ, elhelyezve merőleges L távolságra az képernyőn, a képernyő látható a két pont (P1 és P2), távolság választja el egymástól d. Az elektromos mező a P1 és P2 jelentése a szuperpozíció az elektromos mezőket a hullámok által kibocsátott minden pont a forrás, a sugárzás, amely nem kapcsolódik egymáshoz. Ahhoz, hogy az elektromágneses hullámok kilépő P1 és P2, ami egy felismerhető interferencia minta szuperpozíció P1 és P2 kell lennie fázisban.

koherencia állapot

Fényhullámok által kisugárzott két szélét a forrás, egy bizonyos ponton az idő t egy bizonyos fáziskülönbség közvetlenül a központban két pont között. A sugár érkező bal szélétől δ, hogy egy pont a P2 átadni d (sinθ) / 2 távolabb, mint a gerenda pont a központ. A pályáját a nyaláb jobbról érkező szélén δ a P2 pont, átadja útvonal d (sinθ) / 2-vel kevesebb. A különbség a megtett távolság a két gerenda D · sinθ és képviseli a fáziskülönbség Af „= 2πd · sinθ / λ. A távolság a P1 P2 mentén a hullám elől, azt kapjuk Δφ = 2Δφ „= 4πd · sinθ / λ. A hullámok által kibocsátott két szélét a forrás, fázisban vannak P1 t időpontban, és ki fázisban a régióban 4πdsinθ / λ a P2. Mivel sinθ ~ δ / (2L), majd Δφ = 2πdδ / (Lλ). Amikor Δφ = Δφ ~ 1 vagy 60 °, a fény már nem tekinthető koherens.

Δφ = 1 -> d = Lλ / (2πδ) = 0,16 Lλ / δ.

A térbeli koherenciáját mondta hullámfront fázis homogenitását.

Izzólámpa példája inkoherens fényforrás.

Koherens fényt lehet forrásból származó inkoherens sugárzás, ha dobja a legtöbb sugárzás. Az első térbeli szűrést végzünk, hogy növelje a térbeli koherenciáját, majd spektrális szűrést nagyobb időbeli koherencia.

Fourier-sor

Szinuszos síkhullám teljesen koherens, térben és időben, és annak időtartamát, valamint a koherencia terület végtelen. Minden igazi hullámok impulzusokat tartó véges időintervallum, és miután vége merőleges a terjedés irányába. Matematikailag, le van írva egy periodikus függvény. Ahhoz, hogy megtalálja a frekvenciák jelen lévő impulzusok és meghatározására koherencia hossz Δω kell elemezni, nem periodikus függvények.

Szerint Fourier analízis, egy tetszőleges periodikus hullám lehet tekinteni, mint egy szuperpozíció szinusz hullámok. Fourier-szintézis azt jelenti, hogy szuperpozíció több szinuszos hullámok előállítását teszi lehetővé tetszőleges periodikus hullámformát.

Kommunikációs statisztika

A koherencia-elmélet lehet tekinteni, mint a kapcsolat a fizika és más tudományok, mivel ez a fúzió eredményeként az elektromágneses elmélet és statisztika, valamint a statisztikai mechanika az unió statisztikai mechanika. Az elmélet számszerűsítésére használják jellemzőinek és hatásainak véletlen ingadozások a viselkedését a fény területeken.

Általában lehetetlen mérni ingadozása a hullám mező közvetlenül. Egyedi „fent és lent” látható fény nem mutatható ki közvetlenül, vagy akár kifinomultabb eszközök: a frekvencia kb 10 ¹⁵ oszcillációk. Akkor csak az intézkedés az átlagok.

Alkalmazás koherencia

Csatlakozás a fizika és más tudományok, mint például a koherencia nyomon követhető a kérelmek száma. Részben koherens mezők kevésbé érinti a légköri turbulencia, ami számukra hasznos lézeres kommunikáció. Ők is a vizsgálat során alkalmazott lézer-indukált fúziós reakciók: egy interferencia csökkentéséhez vezető jelenségek „sima” az intézkedés a gerenda a termonukleáris cél. Koherenciája használják különösen méretének meghatározására és elosztására vonatkozóan csillag bináris rendszer.

Koherenciája fényhullámok fontos szerepet játszik a tanulmány kvantum és a klasszikus területeken. 2005-ben Roy J. Glauber lett a győztes a fizikai Nobel-díjat az ő hozzájárulása a kvantumelmélet az optikai koherencia.