Koerenza - a ... mewġ tad-dawl koerenti. koerenza temporali

Ikkunsidra propagazzjoni mewġa fl-ispazju. Koerenza - miżura ta 'l-korrelazzjoni bejn fażijiet tiegħu, imkejjel f'punti differenti. Koerenza mewġa jiddependi fuq il-karatteristiċi ta 'sors tagħha.

Żewġ tipi ta 'koerenza

Ejja jikkunsidraw eżempju sempliċi. Immaġina żewġ float, jogħlew u li jaqgħu fuq wiċċ l-ilma. Assumi li s-sors mewġ huwa l-uniku stick li harmonically mgħaddas u mneħħija mill-ilma tkissir wiċċ kalm tal-wiċċ l-ilma. Għalhekk hemm korrelazzjoni perfetta bejn iċ-ċaqliq taż-żewġ flowts. Huma ma jistgħux jimxu u 'l isfel preċiżament fil-fażi, meta wieħed tmur up, l-oħra isfel, iżda d-differenza fażi bejn il-pożizzjonijiet taż-żewġ sufruni huwa kostanti fil-ħin. Harmonically sors ta 'punt joxxilla jipproduċi assolutament mewġa koerenti.

Meta tiddeskrivi l-koerenza tal-mewġ tad-dawl, jiddistingwu żewġ tipi tagħha - spazjali u temporali.

Koerenza tirreferi għall-abbiltà ta 'dawl li jipproduċi mudell interferenza. Jekk żewġ mewġ tad-dawl huma miġjuba flimkien, u dawn ma joħolqux oqsma ta 'żieda u tnaqqis fil luminożità, huma msejħa inkoerenti. Jekk jipproduċu "ideali" mudell interferenza (fis-sens ta 'oqsma sħaħ interferenza distruttivi), huma totalment koerenti. Jekk żewġ mewġiet toħloq "inqas minn perfetta" stampa, huwa meqjus li huma parzjalment koerenti.

Michelson b'interferometri

Koerenza - fenomenu li huwa spjegat mill-aħjar esperiment.

Fil Michelson interferometrija-dawl mis-sors S (li tista 'tkun kwalunkwe minn:-xemx, stilla, jew laser) hija diretta fuq mera M semitransparent _0, li jirrappreżenta 50% tad-dawl lejn mera _M1 u jittrażmetti 50% lejn mera _M2. Ir-raġġ huwa rifless minn kull wieħed mill-mirja lura lill M _0, u porzjonijiet indaqs ta 'dawl rifless _mill-M1 u _{M2 huma} kkombinati u proġettata fuq skrin B. Il-mezz jista' jiġi kkonfigurat billi jinbidlu l-distanza mill-mera _M1 lill-isplitter raġġ.

Michelson b'interferometri essenzjalment taħlitiet-raġġ mal-verżjoni mdewma-ħin ta 'tiegħu stess. Dawl li jgħaddi fit-triq lejn il-mera M ₁ irid imur l-distanza fit-2d aktar minn raġġ li jiċċaqlaq-mera _M2.

It-tul u l-koerenza ħin

Dak li huwa osservat fuq l-iskrin? Meta d = 0 jistgħu jidhru numru ta 'freneż interferenza ċari ħafna. Meta d tiżdied, il-faxxa isir inqas evidenti: iż-żoni dlam jsiru isbaħ, u dawl - dimmer. Fl-aħħarnett, għall-kbar ħafna d, jaqbeż ċertu valur kritiku ta 'D, il-ċrieki dlam dawl u jisparixxu għal kollox, li jħallu biss ċċajpar.

Ovvjament, il-qasam tad-dawl ma jistgħux jinterferixxu mal-verżjoni mdewma-żmien tal stess meta l-ħin ta 'dewmien huwa kbir biżżejjed. 2D distanza - huwa t-tul koerenza: Effetti ta 'interferenza huma notevoli biss meta d-differenza fil-mod inqas minn din id-distanza. Dan il-valur jista 'jiġi kkonvertit matul t _ċ diviżjoni tagħha mill -veloċità tad-dawl ċ: t _ċ = 2D / c.

Michelson-esperiment miżuri l-koerenza temporali tal-mewġa dawl: kapaċità tagħha li jinterferixxu ma 'verżjoni mdewma fih innifsu. A sew stabbilizzati laser t _ċ = 10 ^-4 i, l _c = 30 km; dawl iffiltrat mis-sħana t _ċ = 10 ^-8, l _ć = 3 m.

Koerenza u l-ħin

Temporali koerenza - miżura ta 'korrelazzjoni bejn il-fażijiet tal-mewġ tad-dawl f'diversi punti matul id-direzzjoni propagazzjoni.

Assumi sors temetti wavelength ta 'λ u λ ± Δλ, li f'xi punt fl-ispazju se jfixklu f'distanża _ċ = λ ² / (2πΔλ). Fejn l _ë - tul koerenza.

Il-fażi ta 'propagazzjoni mewġa fid-direzzjoni x hija definita bħala f = KX - ωt. Jekk nikkunsidraw mewġ Figura fl-ispazju fil-ħin t f'distanza l _c, d-differenza fażi bejn iż-żewġ vettori mewġ k ₁ u k _2, li huma fil-fażi fil x = 0 huwa ugwali għal Δφ = L _ċ (k ₁ - k _2). Meta Δφ = 1, jew Δφ ~ 60 °, id-dawl m'għadux koerenti. Interferenza u diffrazzjoni jkollha effett sinifikanti fuq il-kuntrast.

hekk:

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

Il-mewġa jgħaddi mill-ispazju ma 'veloċità c.

Il-ħin koerenza t _ċ = L _c / i. Peress λf = c, allura Δf / f = Δω / ω = Δλ / λ. Nistgħu jikteb

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

Jekk magħruf wavelength jew il-frekwenza tal-propagazzjoni ta 'sors tad-dawl, huwa possibbli li jiġi kkalkolat l _ć ut _ć. Huwa impossibbli li jiġu osservati l-mudell interferenza miksuba billi r-amplitudni, bħal indħil film irqiq, jekk id-differenza passaġġ ottiku hija ferm akbar minn l _ë.

sors koerenza temporali jgħid Iswed.

Koerenza u l-ispazju

koerenza spazjali - miżura ta 'korrelazzjoni bejn il-fażijiet tal-mewġ tad-dawl fil-punti differenti trasversali għad-direzzjoni ta' propagazzjoni.

Meta d-distanza L mill-termali (lineari) Sors monokromi dimensjonijiet tagħha tal-ordni ta 'δ lineari, iż-żewġ slots jinsabu f'distanza akbar minn d _ċ = 0,16λL / δ, m'għadhiex tipproduċi mudell interferenza rikonoxxibbli. πd _ċ ^2/4 huwa l-qasam tas-sors koerenza.

Jekk fil-ħin t tara l-sors ta 'δ wisa', jintrema perpendikolari distanza L mill-iskrin, l-iskrin jista 'jara l-żewġ punti (P1 u P2), separati b'distanza d. Il-kamp elettriku ġo P1 u P2 jirrappreżenta l-Sovrapożizzjoni ta 'l-kampi elettriċi tal-mewġ li joħroġ mill-punti kollha tal-sors, ir-radjazzjoni li ma jkunx konness ma' xulxin. Biex mewġ elettromanjetiku joħorġu P1 u P2, ħolqien ta 'mudell interferenza rikonoxxibbli fil Sovrapożizzjoni P1 u P2 għandu jkun b'mod sinkronizzat.

kundizzjoni koerenza

mewġ tad-dawl rradjati miż-żewġ truf tas-sors, f'xi punt ta 'żmien t jkollhom ċertu differenza fażi direttament fl-ċentru bejn żewġ punti. Ir-raġġ ġejjin mit-tarf tax-xellug tal δ għal punt P2 li jgħaddu d (sinθ) / 2 bogħod minn l-intestatura għall-ċentru raġġ. It-trajettorja tar-raġġ li ġejjin mill-tarf tal-lemin tal δ għal punt P2, jgħaddi fil-mixja d (sinθ) / 2 anqas. Id-differenza fid-distanza vjaġġata għal żewġ travi hija d · sinθ u jirrappreżenta d-differenza fażi Δf "= 2πd · sinθ / λ. Għad-distanza minn P1 sa P2 tul il-ħajt ta 'mewġa, irridu jiksbu Δφ = 2Δφ "= 4πd · sinθ / λ. Il-mewġ joħroġ miż-żewġ truf tas-sors, huma fil-fażi mal P1 fil-ħin tu huma barra mill-fażi fir-reġjun 4πdsinθ / λ fl P2. Peress sinθ ~ δ / (2L), allura Δφ = 2πdδ / (Lλ). Meta Δφ = Δφ ~ 1 jew 60 °, id-dawl m'għadhiex titqies koerenti.

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

Il-koerenza spazjali ta qalet omoġeneità fażi wavefront.

lampa inkandexxenti huwa eżempju ta 'sors ta' dawl inkoerenti.

dawl koerenti jistgħu jinkisbu minn sors ta 'radjazzjoni inkoerenti, jekk aħna jarmi aktar tar-radjazzjoni. L-ewwel filtraġġ spazjali hija mwettqa biex tiżdied il-koerenza spazjali, u filtrazzjoni mbagħad spettrali għall-koerenza temporali akbar.

serje ta 'Fourier

mewġa sinusojdali pjan kompletament koerenti fl-ispazju u l-ħin, u t-tul tagħha ta 'żmien u ż-żona koerenza bla tmiem. mewġ reali kollha huma impulsi mewġ jdum għal intervall ta 'ħin finit, u li tarf perpendikulari għad-direzzjoni tagħhom ta' propagazzjoni. Matematikament, huma deskritti permezz ta 'funzjoni perjodika. Biex issib l-frekwenzi preżenti fil-impulsi mewġ u għad-determinazzjoni tul koerenza Δω bżonn li jiġu analizzati l-funzjonijiet mhux perjodiċi.

Skond l-analiżi Fourier, ta 'mewġa perjodika arbitrarju jista' jitqies bħala Sovrapożizzjoni ta 'mewġ sine. sinteżi Fourier ifisser li Sovrapożizzjoni ta 'pluralità ta' mewġ sinusojdali jippermetti li tinkiseb mewġa perjodiċi arbitrarja.

istatistika komunikazzjoni

teorija koerenza jista 'jitqies bħala l-konnessjoni tal-fiżika u xjenzi oħra, peress li huwa r-riżultat ta' għaqda tat-teorija u l-istatistika elettromanjetika, kif ukoll mekkanika statistika huwa l-unjoni tal-mekkaniżmi istatistika. It-teorija hija użata biex jikkwantifikaw l-karatteristiċi u l-effetti taċ-ċaqliq każwali fuq l-imġiba ta 'oqsma tad-dawl.

Normalment huwa impossibbli li jitkejjel varjazzjonijiet tal-kamp mewġa direttament. Individwali "ups u downs" dawl viżibbli ma jistgħux jiġu skoperti direttament, jew saħansitra bi strumenti sofistikati: frekwenza tagħha huwa ta 'madwar Ottubru ¹⁵ oxxillazzjonijiet kull sekonda. Inti tista 'biss ikejjel l-medji.

Applikazzjoni ta 'koerenza

Konnessjoni tal-fiżika u xjenzi oħra bħala eżempju ta 'koerenza jista' jiġi ntraċċat f'numru ta 'applikazzjonijiet. Parzjalment oqsma koerenti huma inqas affettwati mit-taqlib atmosferiku, li jagħmilhom utli għall-komunikazzjonijiet laser. Huma wkoll użati fl-istudju ta 'reazzjonijiet ta' fużjoni indotta laser: tnaqqis ta 'effetti interferenza li jwasslu għal "bla xkiel" l-azzjoni tar-raġġ fuq il-mira termonukleari. Koerenza huwa użat b'mod partikolari biex jiddetermina d-daqs u l-allokazzjoni ta 'sistemi binarja stilla.

Koerenza ta 'mewġ tad-dawl għandu rwol importanti fl-istudju ta' quantum u l-oqsma klassiku. Fl-2005, Roy J. Glauber sar wieħed mir-rebbieħa tal-Premju Nobel fil-Fiżika għall-kontribuzzjoni tiegħu għall-teorija kwantistika tal-koerenza ottika.