Доследност - на ... кохерентна светлина бранови. временската кохерентност

Размислете за бран размножување во вселената. Доследност - мерка на корелација помеѓу неговите фази, измерена на различни точки. Кохерентност бран зависи од карактеристиките на својот извор.

Два типа на кохерентност

Ајде да го разгледаме еден едноставен пример. Замислете две плови, расте и паѓа на површината на водата. Да претпоставиме дека извор на бранот е само стап кој хармонски ангажиран и отстранети од вода кршење мирна површина на површината на водата. Така постои совршена корелација помеѓу движењата на две плови. Тие не можат да се движат нагоре и надолу токму во фаза, кога некој оди нагоре, други надолу, но разликата фаза помеѓу позициите на двете плови е постојана во времето. Хармонски осцилирачки извор точка произведува апсолутно кохерентна бран.

Во описот на кохерентноста на светлината бранови, се разликуваат двата вида - просторната и временската.

Кохерентност се однесува на способноста на светлината за да се произведе еден модел мешање. Ако две светлосни бранови се собраа, и тие не се создаде области на зголемена и намалена осветленост, тие се нарекуваат неповрзан. Ако тие се произведуваат "идеален" мешање шема (во смисла на целосна деструктивни области пречки), тие се целосно доследни. Ако две бранови се создаде "за помалку од совршен" слика, се смета дека тие се делумно кохерентна.

Michelson interferometer

Доследност - феномен што е најдобро објаснето од страна на експеримент.

Во Michelson interferometer светлината од изворот S (која може да биде било кој од: сонцето, ѕвезди, или ласерски) е насочена кон полупроѕирните огледало M _0, што претставува 50% од светлина кон огледало M ₁ и пренесува 50% кон огледало M _2. Зрак се рефлектира од секоја од огледала назад кон М _0, а еднакви делови на светлината рефлектирана од М ₁ и М _{2 се} комбинирани и проектирани на екранот Б. Уредот може да се конфигурира со промена на растојание од огледалото M ₁ до сплитер зрак.

Michelson interferometer суштина меша зрак со ненавремени верзија од своите. Светлината која поминува на патот кон огледалото М ₁ мора да оди на дистанца на 2d повеќе од зрак што се движи огледалото m _2.

време на должината и кохерентност

Што е забележан на екранот? Кога д = 0 може да се види голем број на многу јасно мешање окната. Кога г е зголемен, бендот станува помалку нагласени: темните области станат посветли, и светлината - придушување. Конечно, за многу големи г, надминува одреден критична вредност на D, светлината и темнината прстени исчезне сосема, оставајќи ги само blur решение.

Очигледно, на полето на светлината не може да се меша со ненавремени верзија на себе кога доцнењето време е доволно голем. Одалеченост 2D - тоа е должина на кохерентност: мешање ефекти се видливи само кога разликата во начинот на помалку од оваа далечина. Оваа вредност може да се конвертира во т _в нејзината поделба од брзината на светлината c: t _c = 2D / c.

Michelson експеримент мери временската кохерентност на светлината бран: неговата способност да се меша со одложен верзија на себе. А добро-стабилизиран ласерски t _c = 10 ^-4 S, L _C = 30 km; филтрирана светлина од топлина t _c = 10 ^-8, L _C = 3 m.

Кохерентност и времето

Временската кохерентност - мерка на корелација помеѓу фазите на светлината бранови на различни точки по должината на размножување.

Да претпоставиме извор емитува на бранова должина од λ и λ ± Δλ, која во одреден момент во вселената да се меша во далечина L _C a = λ ² / (2πΔλ). Каде што L _C - должина кохерентност.

Фазата на размножување бран во правец X е дефиниран како f = kx - ωt. Ако ги земеме предвид Слика бранови во простор во време t на растојание L _C, разликата фаза меѓу двете бран векторите k ₁ и К _2, кои се во фаза на x = 0 е еднаква на Δφ = L _C (k ₁ - k _2). Кога Δφ = 1, или Δφ ~ 60 °, светлината не е кохерентна. Пречки и дифракција да имаат значително влијание на контрастот.

Така:

• 1 = L _C (k ₁ - К _{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).

Бранот поминува низ вселената со брзина c.

време на кохерентност t _c = L _C / ови. Од λf = c, тогаш Δf / f = Δω / ω = Δλ / λ. Ние може да напише

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

Ако одредена бранова должина или фреквенција од ширење на извор на светлина, тоа е можно да се пресмета ј _в и т _в. Невозможно е да се набљудуваат на шемата мешање добива со делење на амплитудата, како тенок филм мешање, ако оптичката патека разлика е значително поголема од L _C.

Временската извор кохерентност вели црна.

Кохерентност и простор

Просторно кохерентност - мерка на корелација помеѓу фазите на светлината бранови во различни точки на попречно на правецот на размножување.

Кога растојанието L од монохроматски топлинска (линеарни) извор чии линеарни димензии од редот на δ, двете слотови се наоѓа на оддалеченост поголема од г _c = 0,16λL / δ, веќе не се произведуваат препознатлив модел мешање. πd _c ^2/4 е област на изворот на кохерентност.

Ако во време t види изворот на ширина δ, се отстранува нормално растојание L од екранот, на екранот може да се види на две точки (P1 и P2), одделени со растојание d. Електричното поле во P1 и P2 претставува суперпозиција на електрични полиња на бранови емитирани од сите точки на изворот на зрачење што не се поврзани едни со други. За да се електромагнетни бранови излегување P1 и P2, создавање на препознатлив модел мешање во суперпозиција P1 и P2 треба да биде во фаза.

состојба кохерентност

Светлината бранови зрачеше од двата раба на изворот, во одреден момент од времето t имаат одредена фаза разлика директно во центарот помеѓу две точки. Гредата доаѓаат од левиот раб на δ до точка P2 да го поминат на г (sinθ) / 2 подалеку од зрак се упати кон центарот. На траекторијата на зрак доаѓа од десниот раб на δ до точка P2, додава на патот d (sinθ) / 2 помалку. Разликата во растојание за две греди е D · sinθ и претставува фаза разлика Δf '= 2πd · sinθ / λ. За растојанието од P1 кон P2 заедно пред бранот, ние се добие Δφ = 2Δφ '= 4πd · sinθ / λ. На брановите емитирани од две рабовите на изворот, се во фаза со P1 во време t и се надвор од фаза во регионот 4πdsinθ / λ во P2. Од sinθ ~ δ / (2L), а потоа Δφ = 2πdδ / (Lλ). Кога Δφ = Δφ ~ 1 или 60 °, светлината веќе не се смета кохерентна.

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

На просторни кохерентност на наведеното бранот фаза хомогеност.

Блескаво светло е пример на некохерентна извор на светлина.

Кохерентна светлина може да се добијат од извор на некохерентна зрачење, ако ние ги отфрли повеќето од зрачење. Првата просторни филтрирање се изведува за да се зголеми на просторни кохерентност, а потоа спектрални филтрирање за поголем временски кохерентност.

серија Фурие

Синусоидална авион бран целосно доследен во просторот и времето, и должината на времето и просторот во кохерентност бескрајни. Сите вистински бранови бран пулсира во траење од еден конечен временски интервал, и има крај нормално на правецот на размножување. Математички, тие се опишани од страна на периодична функција. Да се најдат на фреквенции присутни во пулсира бран и за утврдување на должината кохерентност Δω треба да се анализира не-периодични функции.

Според Фуриеова анализа, произволна периодични бран може да се смета како суперпозиција на синусни бранови. синтеза на Фурие значи дека суперпозиција од мноштво на синусоидална бранови овозможува да се добие произволна периодични бранови.

статистика комуникација

кохерентна теорија може да се смета како врска на физиката и други науки, бидејќи тоа е резултат на спојување на електромагнетни теорија и статистика, како и статистички механика е на Сојузот на механика за статистика. Оваа теорија се користи за мерење на карактеристики и ефекти на случајни флуктуации врз однесувањето на светлината области.

Обично тоа е невозможно да се измери флуктуации на полето на бранот директно. Лице "подеми и падови" видлива светлина не може да се открие директно, или дури и со софистицирани инструменти: нејзината фреквенција е околу ¹⁵ октомври осцилации во секунда. Може да се измери само просек.

Примена на кохерентност

Поврзување на физиката и други науки како пример за поврзаноста може да се најдат во голем број на апликации. Делумно кохерентна полиња се помалку погодени од атмосферските турбуленции, што ги прави корисни за ласерски комуникации. Тие исто така се користат во студијата на ласерски предизвикани реакции фузија: намалување на мешање ефекти кои водат до "мазна" акцијата на зрак на термонуклеарна цел. Кохерентност се користи особено за да се одреди големината и распределбата на ѕвезда бинарни системи.

Кохерентност на светлината бранови игра важна улога во студијата на квантната и класичната полиња. Во 2005 година, Рој Џ глауберова стана еден од добитниците на Нобеловата награда за физика за неговиот придонес во квантната теорија на оптички кохерентност.