Повезаност - А ... кохерентне светлосни таласи. временска повезаност

Размотрити таласа размножавање у простору. Кохерентност - мера корелације између његових фаза, мерена у различитим тренуцима. Кохерентност талас зависи од карактеристика његовог извора.

Две врсте повезаности

Размотримо једноставан пример. Замислите два флоат, расте и пада на површини воде. Претпоставимо да је извор талас је једини штап који хармонично уроњен и уклонити из воде ломи мирно површине површине воде. Стога постоји савршен корелација између кретања два сплавова. Они не може да се креће горе-доле управо у фази, када се иде горе, друга доле, али је разлика у фази између ставова две сплавова је константан у времену. Хармонично осцилира извор тачка производи апсолутно кохерентан талас.

Када описује кохерентност светлосних таласа, распознати и његове две врсте - просторна и временска.

Кохерентност односи на способност светлости да произведе мешања образац. Ако два светлосни таласи се окупио, а они не стварају подручја повећан и смањен осветљење, они се зову неповезан. Ако они производе "идеално" интерференције образац (у смислу потпуне деструктивна интерференција подручја), они су у потпуности у складу. Ако два таласа створити "мање од савршене" слике, сматра се да су делимично кохерентна.

Мајкелсон interferometar

Повезаност - феномен који се најбоље објашњава експеримент.

У Мицхелсон интерферометер светлост од изворног С (које могу бити било који од: сунца, звездица или ласером) се усмерава на полупровидној огледала М _{0, што} представља 50% светлости према огледалу М ₁ и преноси 50% према огледалу м _2. Зрак се рефлектује од сваког од огледала назад ка М _{0 и} једнаке порције светлости рефлектује из М ₁ и М _{2 су} комбиновани и пројектују на сито Б. Уређај се може конфигурисати изменом растојања од огледала М ₁ уз делитељ снопа.

Мајкелсон Интерферометар суштини меша зрак са временском одложено верзију своје. Светлост која пролази на путу до огледала М ₁ мора да иде удаљеност на 2Д више него зрак који се креће у огледалу м _2.

Дужина и кохерентност време

Оно што је примећено на екрану? Када д = 0 може да се види велики број веома јасних интерферентних пруга. Када је порастао д, бенд постаје мање изражено: тамне површине постају светлије, а светло - тамнија. Коначно, за врло велике д, прелазе одређену критичну вредност Д, светло и тамне прстенове потпуно нестају, остављајући само замућење.

Очигледно, поље светлост не може да се меша са временски одложено верзију себе када је кашњење је довољно велика. Удаљеност 2Д - то је дужина кохерентност: интерференце ефекти су видљиви само када је разлика у начину мање него ове дистанце. Ова вредност може бити конвертована у току т _ц њеној подели од брзине светлости ц: т _ц = 2Д / ц.

Мајкелсон експеримент мери временску кохерентност светлосног таласа: његову способност да се умеша са одложеним верзију себе. Добро стабилизовани ласер т _ц = 10 ^-4 с, л _ц = 30 км; филтрирана светлост топлоте т _ц = 10 ^-8, л _ц = 3 м.

Кохерентност и време

Темпорал кохерентност - мера корелације између фаза светлосних таласа на различитим тачкама дуж правца простирања.

Претпоставимо соурце емитује таласну дужину λ и λ ± Δλ, која је у једном тренутку у простору неће мешати на удаљеност л _ц = λ ² / (2πΔλ). Где л _ц - ленгтх кохерентност.

Фаза таласа размножавање у к смеру дефинисан као Ф = кк - ωт. Ако размотримо Фигура таласе у простору у времену т на растојању Л _Ц, фазна разлика између две таласне вектора к ₁ и К _{2, које} су у фази у тачки к = 0 је једнака Δφ = л _ц (к ₁ - к _2). Када Δφ = 1, или Δφ ~ 60 °, светлост више није кохерентна. Мешање и дифракција имају значајан утицај на разлику.

Тако:

• 1 = л _ц (к ₁ - к _{2) = л ц (2π / λ} - 2π / (λ + Δλ));
• _{л ц (λ + Δλ - λ} ) / (λ (λ + Δλ)) ~ л ц Δλ / λ ² = 1 / 2π;
• л _ц = λ ² / (2πΔλ).

Талас пролази кроз простор са брзине ц.

Кохерентност времена т _ц = л _ц / с. Пошто λф = ц, онда Δф / ф = Δω / ω = Δλ / λ. Можемо написати

• л _ц = λ ² / (2πΔλ) = λф / ( 2πΔф) = ц / Δω;
• т _ц = 1 / Δω.

Ако се познатом таласне или фреквенцији простирања светлосног извора, могуће је израчунати л _Ц и Т _ц. То је немогуће посматрати сметњи образац добијен дељењем амплитуде, као што су танких сметњи, ако је оптички разлика пут је знатно већи од л _ц.

Временска извор повезаност каже Блацк.

Кохерентност и простор

Просторни кохерентност - мера корелације између фаза светлосних таласа у различитим тачкама попречно на правац простирања.

Када је растојање Л од монохроматске термалног (линеарни) извор чије линеарне димензије реда ч, два слота које се налазе на удаљености већој од д _ц = 0,16λЛ / ч, не производе препознатљив интерференција образац. πд _Ц ^2/4 је подручје извора доследности.

Ако у тренутку т види извор ширина ч, одлаже нормала удаљеност Л са екрана, екран може видети две тачке (П1 и П2), одвојени већом раздаљином д. Електричног поља у П1 и П2 представља суперпозицију електричних поља таласа које емитују свим тачкама извора, зрачења који није повезан међусобно. То електромагнетних таласа излазе П1 и П2, стварање препознатљивог интерференције образац у суперпозиције П1 и П2 буде у фази.

кохерентност услов

Светлосни таласи зрачи од две ивице извора, у неком тренутку т имају извесну разлику фаза директно у средини, између две тачке. Зрак из леве ивице δ до тачке П2 да пренесе д (синθ) / 2 даље од снопа који ће ићи ка центру. Путања снопа из десне ивице δ до тачке П2, пролази на путу д (синθ) / 2 мање. Разлика у пређене за два снопа је д · синθ и представља разлику фаза Δф '= 2πд · синθ / λ. За удаљености од П1 на П2 дуж таласа испред, добијамо Δφ = 2Δφ '= 4πд · синθ / λ. У таласи од стране два ивице извора, су у фази са П1 у времену т и ван фазе у региону 4πдсинθ / λ у П2. Пошто синθ ~ δ / (2Л), а затим Δφ = 2πдδ / (Лλ). Када Δφ = Δφ ~ 1 или 60 °, светлост се више не сматра кохерентан.

Δφ = 1 -> д = Лλ / (2πδ) = 0,16 Лλ / δ.

Просторни Кохерентност поменутог Вавефронт фазе хомогености.

Сијалица је пример неповезаног извора светлости.

Кохерентан светло може се добити из извора инкохерентан зрачења, ако одбацимо већина зрачења. Први просторни филтрирање се врши повећање просторног кохерентност, а затим спектрална филтрирање за већу временске повезаности.

Фоуриер-серија

Синусоидални равни талас потпуно кохерентан у простору и времену, а његова дужина времена и кохерентност област бескрајна. Све праве таласи су таласне импулса у трајању за коначном временском интервалу, а имају крај управно на њиховом правцу ширења. Математички, они су описали периодично функцијом. Да бисте пронашли фреквенције присутни у таласних импулса и одређивање дужине кохерентност Δω треба да анализирају непериодичне функције.

Према Фоуриер анализи, произвољна периодични талас може сматрати суперпозицију синусних таласа. синтеза Фоуриер значи да суперпозиција мноштва синусоидалних таласа дозвољава да се добију произвољни периодични таласни облик.

statistika Цоммуницатион

теорија кохерентност може се сматрати као веза физике и другим наукама, јер је резултат спајања електромагнетног теорије и статистике, као и статистичке механике је уједињење са статистичким подацима механике. Теорија се користи за квантитативно карактеристике и ефекте случајних флуктуација на понашање светлосних поља.

Обично је немогуће измерити колебања у пољу таласа директно. Индивидуални "успони и падови" видљива светлост не може да се детектује директно, или чак и са софистицираним инструментима: његова фреквенција је око ^15. октобра осцилације у секунди. Можете да измере просеке.

Примена повезаности

Повезивање физике и другим наукама као пример повезаности може се пратити у бројним апликацијама. Делимично кохерентне поља су мање погођени атмосферске турбуленције, што их чини корисним за ласерске комуникације. Они се такође користе у испитивању ласерских индуковане фузије: а смањење интерференције ефеката који доводе до "смоотх" дејство зрака на термонуклеарним мету. Кохерентност се користи посебно да одреди величину и расподелу звезданих бинарних система.

Кохерентност светлосних таласа игра важну улогу у проучавању квантног и класичног поља. У 2005. години, Рој Ј Глаубера је постао један од добитника Нобелове награде за физику за допринос квантној теорији оптичке кохеренције.