Coherencia - un ... ondas de luz coherentes. coherencia temporal

Considero unha onda propagándose no espazo. Coherencia - unha medida da correlación entre as súas fases, medidos en diferentes puntos. ola coherencia depende das características da súa fonte.

Dous tipos de coherencia

Imos considerar un exemplo simple. Imaxina dúas float, subindo e baixando na superficie da auga. Asúmese que a fonte de onda é a única vara que harmonicamente inmerso e retirado da auga batendo superficie calma da superficie da auga. Así, existe unha correlación perfecta entre os movementos dos dous flotadores. Eles non poden ir cara arriba e para abaixo, precisamente en fase, cando un sobe, o outro abaixo, pero a diferenza de fase entre as posicións dos dous coches alegóricos é constante no tempo. Harmonicamente fonte de punto oscilante produce absolutamente onda coherente.

Cando describindo a coherencia das ondas de luz, distinguir os seus dous tipos - espacial e temporal.

Coherencia refírese á capacidade da luz para producir un patrón de interferencia. Dúas ondas de luz son reunidos, e eles non crean áreas de aumento e diminución de brillo, son chamados incoherente. Se producen estándar de interferencia "ideal" (no sentido de áreas completas de interferencia destrutiva), son totalmente coherente. Dúas ondas crear "menos que perfecto" imaxe, considérase que son parcialmente coherente.

interferómetro de Michelson

Coherencia - un fenómeno que é mellor explicada por un experimento.

En Michelson interferómetro a luz a partir da fonte S (o cal pode ser calquera de: o sol, estrelas, ou láser) é dirixido a un espello M semitransparente _0, o que representa o 50% da luz en dirección espello M ₁ e transmite o 50% en dirección espello H _2. O feixe é reflectida a partir de cada un dos espellos ao M _0, e porcións iguais de luz reflectida a partir da M ₁ e M _{2 son} combinados e proxectados sobre unha pantalla B. O dispositivo pode ser configurado, cambiando a distancia entre o espello H ₁ ao divisor de feixe.

Interferómetro de Michelson esencialmente mestura o feixe con versión retardada de súa autoría. Luz que pasa no camiño para o espello ₁ M ten que percorrer a distancia sobre a 2D máis que un feixe que se move o espello H _2.

O tempo de duración e coherencia

O que se observa na pantalla? Cando d = 0 se pode ver un número de franxas de interferencia moi claros. Cando d aumenta, a banda tórnase menos pronunciada: as zonas escuras están máis brillantes e luz - DIMM. Finalmente, por moi grande d, superior a un certo valor crítico de D, a aneis claras e escuras desaparecen completamente, deixando só un borrão.

Obviamente, o campo de luz non pode producir a versión retardada de si mesmo cando o tempo de espera é grande abondo. Distancia 2D - é a lonxitude de coherencia: efectos de interferencia son visibles só cando a diferenza na forma menos que esta distancia. Este valor pode ser convertido durante a t _c a división pola velocidade da luz c: t _c = 2D / c.

experiencia de Michelson mide a coherencia temporal de onda da luz: a súa capacidade para producir unha versión retardada da propia. Un láser ben estabilizada t _c = 10 ^-4 s, l _c = 30 km; luz filtrada de calor t _c = 10 ^-8, l _c = 3 m.

Coherencia e tempo

coherencia temporal - unha medida de correlación entre as fases das ondas de luz en varios puntos ao longo da dirección de propagación.

Supoña fonte emite unha lonxitude de onda de λ e λ ± Δλ, que nalgún punto no espazo interfira, a unha distancia L _c = λ ² / (2πΔλ). Onde l _C - lonxitude de coherencia.

A fase de propagación dunha onda na dirección x defínese como F = KX - Cot. Se consideramos ondas Figura no espazo no tempo t, a unha distancia L _C, a diferenza de fase entre ambos vectores de onda k ₁ e K _2, que están en fase en x = 0 é igual a Δφ = l _C (K ₁ - K _2). Cando Δφ = 1, ou Δφ ~ 60 °, a luz non é coherente. Interferencia e difracción ter un efecto significativo sobre o contraste.

así:

• 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 onda pasa a través do espazo cunha velocidade c.

O tempo de coherencia t _c = l _C / s. Desde λf = c, entón AF / F = Δω / ω = Δλ / λ. podemos escribir

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

Un coñecido lonxitude de onda ou a frecuencia da propagación da fonte de luz, é posible calcular l t _{C e.} É posíbel observar o patrón de interferencia obtido dividindo a amplitude, como interferencias de película fina, a diferenza de traxecto óptico é significativamente maior que l _c.

fonte de coherencia temporal, di Black.

Coherencia e espazo

coherencia espacial - unha medida de correlación entre as fases das ondas de luz en diferentes puntos transversal á dirección de propagación.

Cando a distancia L dende a fonte monocromática térmica (linear) cuxas dimensións da orde de δ lineal, as dúas rañuras situadas a unha distancia maior que d _c = 0,16λL / δ, non producir un patrón de interferencia recoñecible. πd _C ^2/4 é a área da fonte de coherencia.

Se o tempo t ver a fonte de δ ancho, disposto perpendicularmente á distancia L da pantalla, a pantalla pode ver os dous puntos (P1 e P2), separados por unha distancia d. O campo eléctrico na P1 e P2 representa a superposición dos campos eléctricos das ondas emitidas por todos os puntos da fonte, a radiación que non está conectado a un ao outro. Para ondas electromagnéticas que saen P1 e P2, a creación dun estándar de interferencia recoñecible en P1 e P2 superposición debe estar en fase.

condición de coherencia

As ondas de luz irradiada por as dúas beiras da fonte, nalgún punto do tempo t ten unha certa diferenza de fase directamente no centro, entre dous puntos. A feixe benvida do borde esquerda de δ dun punto P2 para pasar en D (sinθ) / 2 máis distante do que a posición do feixe para o centro. A traxectoria do feixe que vén da extremidade dereita de δ ao punto P2, pasa o traxecto D (sinθ) / 2 menor. A diferenza na distancia percorrida por dúas vigas e d · sinθ e representa a diferenza de fase Af '= 2πd · sinθ / λ. Para a distancia de P1 para P2 ao longo da fronte de onda, obtemos Δφ = 2Δφ '= 4πd · sinθ / λ. As ondas emitidas polos dous bordes da fonte, están en fase con P1 no tempo t e están fóra de fase na rexión 4πdsinθ / λ en P2. Desde sinθ ~ δ / (2L), seguida Δφ = 2πdδ / (Lλ). Cando Δφ = Δφ ~ 1 ou 60 °, a luz non é considerado coherente.

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

A coherencia espacial destes homoxeneidade de fase de fronte de onda.

lámpada incandescente é un exemplo de fonte de luz incoherente.

luz coherente pode ser obtido a partir dunha fonte de radiación incoherente, se descartar a maior parte da radiación. A primeira filtrado espacial realízase para aumentar a coherencia espacial, e, a continuación, filtrado espectral para coherencia temporal maior.

series de Fourier

onda sinusoidal plan totalmente coherente no espazo e no tempo, ea súa lonxitude de tempo ea área de coherencia sen fin. Todas as ondas reais son pulsos de onda con duración dun intervalo de tempo finito, e posuíndo extremo perpendicular á súa dirección de propagación. Matematicamente, son descritos por unha función periódica. Para atopar as frecuencias presente nos pulsos de onda e para determinar unha lonxitude de coherencia Δω que analizar funcións non periódicas.

Segundo a análise de Fourier, unha onda periódica arbitraria pode ser considerado como unha superposición de ondas sinusoidais. síntese de Fourier significa que superposición dunha pluralidade de ondas sinusoidais permite a obtención dunha forma de onda periódica arbitraria.

Estadísticas de comunicación

teoría da coherencia pode ser considerado como a conexión da física e outras ciencias, xa que é o resultado dunha fusión entre a teoría e as estatísticas electromagnética, así como mecánica estatística é a unión da mecánica estatística. A teoría é utilizada para cuantificar as características e os efectos das flutuacións aleatorias sobre o comportamento dos campos de luz.

Normalmente, é imposible medir flutuacións do campo de onda directamente. "Altos e baixos" individuais luz visíbel non pode ser detectada directamente, ou mesmo con instrumentos sofisticados: a súa frecuencia é de aproximadamente Outubro ¹⁵ oscilacións por segundo. Só podes medir as medias.

Aplicación de coherencia

Conexión de física e outras ciencias como un exemplo de coherencia pode ser Rastrexar nunha serie de aplicacións. Parcialmente campos coherentes son menos afectadas pola turbulencia atmosférica, o que os fai útiles para as comunicacións con láser. Son tamén utilizados no estudo das reaccións de fusión inducida por láser: unha redución de efectos de interferencia que conducen a "suavizar" a acción do feixe sobre o destino termonuclear. Coherencia é usado en particular para determinar o tamaño e distribución de sistemas binarios de estrelas.

Coherencia das ondas de luz xoga un papel importante no estudo do quantum e campos clásicos. En 2005, Roy J. Glauber se tornou un dos gañadores do Premio Nobel de Física pola súa contribución á teoría cuántica da coherencia óptica.