Koherentnosti - što je ... koherentno svjetlo talasa. vremenski koherentnost

Razmotrimo talas za razmnožavanje u svemiru. Koherentnost - mjera korelacije između njegove faze, mjereno u različitim trenucima. Koherentnosti talasa zavisi od karakteristika njegovog izvora.

Dvije vrste koherentnosti

Razmotrimo jednostavan primjer. Zamislite dva float, raste i pada na površini vode. Pretpostavimo da je izvor vala je jedini štap koji harmonično uronjen i ukloniti iz vode razbijanje mirna površina površinskih voda. Tako postoji savršena korelacija između kretanja dva pluta. Oni ne mogu druge pomicanje gore i dolje upravo u fazi, kada ide gore, dolje, ali faza razlika između pozicije dva splavova je konstantan u vremenu. Harmonično oscilirajući izvor trenutku stvara potpuno koherentna talasa.

Kada se opisuje koherentnost svjetlosne valove, razlikujemo dva tipa - prostorno i vremenski.

Koherentnost se odnosi na sposobnost svetlosti da proizvede obrazac interferencije. Ako su doveli dvojicu svjetlosne valove zajedno, a oni ne stvaraju područja povećavanje i smanjivanje svjetline, oni se nazivaju nepovezan. Ako su proizvodi "idealan" smetnje obrazac (u smislu potpune destruktivne interferencije područja), oni su u potpunosti u skladu. Ako dva talasa stvori "slabije" slika, smatra se da su djelomično koherentne.

Michelson interferometar

Koherentnost - fenomen koji je najbolje objasniti eksperiment.

U Michelson interferometar svetlosti iz izvora S (što može biti bilo koji od: sunce, zvijezde, ili laser) je usmjerena na poluprovidnom ogledalo M _0, što predstavlja 50% od svjetlosti ka ogledalo M ₁ i prenosi 50% prema ogledalu M _2. Zrak se ogleda iz svake od ogledala natrag u M _0, a jednakim dijelovima reflektovana M ₁ i M _{2 se} kombiniraju i projektuje na ekranu B. uređaj može biti konfiguriran promjenom udaljenosti od ogledala M ₁ na gredu spliter.

Michelson interferometar suštini miješa zrak s vremenskim kašnjenjem verziju svoje. Svetlosti koja prolazi na putu prema ogledalu M ₁ mora ići udaljenost na 2D više od zraka koji se kreće ogledalo M _2.

Dužine i koherentnost vremena

Ono što se posmatra na ekranu? Kada d = 0 može se vidjeti veliki broj vrlo jasan smetnji šiškama. Kada se povećava d, bend postaje manje izražen: na tamna područja svjetlije, i svjetlo - dimer. Na kraju, za veoma velike d, prelazi određenu kritičnu vrijednost D, svijetlo i tamno prstenovi potpuno nestati, ostavljajući samo mutno.

Očigledno, svjetlo na terenu ne može ometati vremenskim kašnjenjem verzijom samog sebe kada je vrijeme odgode je dovoljno velika. Udaljenost 2D - to je dužina koherentnost: smetnje efekti su uočljive samo kada je razlika u načinu na manje od ove udaljenosti. Ova vrijednost se može pretvoriti u t _c njene podjele po brzinom svjetlosti c: t _c = 2D / c.

Michelson eksperiment mjeri vremenski koherentnost svjetlosti wave: njegova sposobnost da se miješa sa kasni verzijom samog sebe. A dobro stabilizirana laser t _c = 10 ^-4 s, l _c = 30 km; filtrirana svjetlost od toplote T _c = 10 ^-8, l _c = 3 m.

Koherentnost i vremena

Temporal koherentnost - mjera korelacija između faze svjetlosne valove na različitim tačkama duž pravca prostiranja.

Pretpostavimo izvor emituje valnoj duljini λ i λ ± Δλ, koja je u jednom trenutku u prostoru će ometati na udaljenosti l _c = λ ² / (2πΔλ). Gdje je l _c - dužina koherentnost.

Faza talasa razmnožavanje u x smjeru se definira kao f = kx - ωt. Ako uzmemo u obzir Slika valova u prostoru u vremenu t na udaljenosti L _C, faza razlika između ova dva talasa vektora k ₁ i k _2, koji su u fazi u x = 0 jednaka Δφ = l _c (k ₁ - k _2). Kada Δφ = 1, ili Δφ ~ 60 °, svjetlo više nije koherentan. Smetnje i difrakcija imati značajan utjecaj na kontrast.

Tako je:

• 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).

Val prolazi kroz prostor brzinom c.

Vrijeme koherentnost t _c = l _c / s. Od λf = c, onda Δf / f = Δω / ω = Δλ / λ. Možemo napisati

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

Ako je poznat valne duljine ili frekvencije širenja izvora svjetlosti, to je moguće izračunati l _c i t _c. Nemoguće je da poštuje smetnje obrazac dobije dijeljenjem amplituda, kao što su tanki sloj miješanje, ako je putanja razlika optičkih je znatno veći nego što sam _c.

Temporal izvor koherentnosti, kaže Crni.

Koherentnost i prostor

Prostorni koherentnost - mjera korelacija između faze svetlosnih talasa u različitim tačkama poprečno na pravac prostiranja.

Kada je udaljenost L iz monohromatske termalne (linearno) izvor čije su linearne dimenzije reda δ, dva proreza nalazi na udaljenosti većoj od d _c = 0,16λL / δ, više ne proizvode prepoznatljiva smetnje obrazac. πd _C ^2/4 je područje izvora koherentnosti.

Ako u trenutku t vidjeti izvor širine δ, odlagati okomita udaljenost L iz ekrana, ekran da vidite dva poena (P1 i P2), na rastojanju d. Električno polje u P1 i P2 predstavlja superpozicije električnog polja talasi koje sve točke izvora, zračenje koje se ne međusobno povezani. Na elektromagnetne talase izlasku P1 i P2, stvarajući prepoznatljiv obrazac interferencije u superpozicije P1 i P2 treba biti u fazi.

koherentnost stanje

Svjetlosne valove zrači dvije ivice izvora, u nekom trenutku t imati određeni fazna razlika direktno u samom centru između dva poena. Zrak koji dolaze iz lijevog ruba δ do tačke P2 da prođe na D (sinθ) / 2 dalje od zraka ide u centar. Putanja zraka sa desne strane ruba δ ukazati S2, prolazi na putu d (sinθ) / 2 manje. Razlika u pređeni put za dva greda d · sinθ i predstavlja razliku faza Δf '= 2πd · sinθ / λ. Za udaljenost od P1 do P2 uz val ispred, dobijamo Δφ = 2Δφ '= 4πd · sinθ / λ. Talasi emituje dva ivice izvora, su u fazi sa P1 u vremenu t i da su iz faze u regionu 4πdsinθ / λ u P2. Od sinθ ~ δ / (2L), a zatim Δφ = 2πdδ / (Lλ). Kada Δφ = Δφ ~ 1 ili 60 °, svjetlo se više ne smatra koherentan.

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

Prostornog koherentnost, rekao je Wavefront faze homogenost.

Žarulje sa žarnom niti je primjer nekoherentan izvora svjetlosti.

Koherentno svjetlo mogu se dobiti iz izvora nekoherentno zračenja, ako smo odbacili većinu zračenja. Prvi prostorni filtriranje vrši se povećanje prostornih koherentnost, a zatim spektralna filtriranje za veći vremenski koherentnost.

Fourierov red

Sinusoidalni ravni val potpuno koherentan u prostoru i vremenu, a vremena i koherentnosti područje beskrajne. Svi pravi valovi su val impulsa u trajanju konačnom vremenskom intervalu, a imajući kraj okomito na njihov pravac prostiranja. Matematički, oni su opisani periodična funkcija. Da biste pronašli frekvencije prisutne u talasu impulsa i za određivanje dužine koherentnost Δω potrebno analizirati ne-periodičke funkcije.

Prema Fourier analiza, proizvoljna periodični talas može se smatrati kao superpozicija sinusnih valova. sinteza Fourier znači da superpozicija pluralitet sinusnih valova omogućuje da dobije proizvoljan periodične valnog oblika.

statistika komunikacija

teorija koherentnost može se smatrati povezanost fizike i drugih nauka, jer je rezultat spajanja elektromagnetskog teorije i statistike, kao i statističke mehanike je unija statistike mehanike. Teorija se koristi za kvantifikaciju karakteristike i efekti slučajnih fluktuacija na ponašanje svjetlosti polja.

Obično je nemoguće direktno izmjeriti oscilacije na terenu talasa. Pojedinca "uspone i padove" vidljive svetlosti ne mogu da otkriju direktno, ili čak i sa sofisticiranim instrumentima: njegova učestalost je oko 10 ¹⁵ oscilacije u sekundi. Možete mjeriti samo prosjeka.

Primjena koherentnosti

Povezanost fizike i drugih znanosti kao primjer povezanosti može se pratiti u velikom broju aplikacija. Djelomično koherentne polja su manje pogođene atmosferske turbulencije, što ih čini korisnim za laserske komunikacije. Oni se koriste u istraživanju laserskog izazvanog fuzija reakcije: smanjenje efekata smetnji što je dovelo do "Smooth" akciju snopa na termonuklearni cilj. Koherentnost se koristi posebno za određivanje veličine i raspodjele zvijezda binarnog sistema.

Koherentnost svetlosnih talasa igra važnu ulogu u istraživanju kvantnog i klasičnog polja. U 2005. godini, Roy J. Glauber je postao jedan od dobitnika Nobelove nagrade za fiziku za svoj doprinos u kvantnoj teoriji optičke koherencije.