к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Когерентность света

Когерентность света - взаимная согласованность протекания во времени световых колебаний в разных точках пространства и (или) времени, характеризующая их способность к интерференции. В общем случае световые колебания частично когерентны и количественно их когерентность измеряется степенью взаимной когерентно с-т и (с. в. к.), к-рая определяет контраст интерференционной картины (и. к.) в том или ином интерференц. эксперименте. Напр., в клас-сич. опыте Юнга протяжённый источник света а освещает экран А (рис. 1). Выделяя малыми отверстиями 1 и 2 два участка светового поля, можно исследовать распределение освещённости на удалённом экране В. Интенсивность света I в нек-рой точке Q экрана В в типичном случае квазимонохроматич. источника (ширина спектра 2511-198.jpg мала по сравнению со ср. частотой 2511-199.jpg) даётся выражением

2511-201.jpg

Здесь I1 и I2 - ср. интенсивности в точке Q при освещении экрана В порознь через отверстия 1 и 2; 2511-202.jpg- с. в. к., являющаяся функцией расстояния между отверстиями 1 и 2 и разности времени 2511-203.jpg распространения света от точек 1 и 2 до точки Q; 2511-204.jpg - постоянная фаза, зависящая от положения отверстий 1 и 2 относительно источника. В частном случае I1=I2 с. в. к. определяется через макс, и соседнее мин. значение интенсивнос-тей в и. к.:

2511-205.jpg

С. в. к. колебаний в двух точках поля может быть вычислена аналитически, если известны спектр излучения, распределение интенсивностей и относит. фазы элементарных излучателей источника света. Это эквивалентно знанию функции корреляции2511-206.jpg полей 2511-207.jpg в точках 1 и 2, взятых в соответствующие моменты времени. Угл. скобки означают усреднение по времени, звёздочка отмечает сопряжение амплитуды V поля, представленной в комплексной форме. При этом

2511-208.jpg

При пространственно-временном сближении точек 1 и 2 случайные световые поля V1(tV2(t), образованные наложением полей множества элементов источника 2511-209.jpg (в общем случае независимых), становятся всё более подобными и в пределе тождественными, чему соответствует полная взаимная когерентность, т. е. 2511-210.jpg . По мере взаимного удаления точек 1 и 2 корреляция между процессами V1 и V2 падает, т. к. поля элементарных излучателей для точек 1 и 2 суммируются теперь с разл. амплитудами и фазами из-за разности расстояний до этих точек. Различие во временах 2511-211.jpg также приводит к снижению корреляции ввиду конечной ширины спектра излучения. При этом конкретные механизмы потери корреляции могут быть различными. Напр., если излучателями служат идентичные по частоте излучения возбуждённые атомы, то за время 2512-1.jpg часть атомов кончает излучать и начинают излучать другие с новыми независимыми фазами. Это приводит к снижению с. в. к. вплоть до нуля.

2511-200.jpg

Рис.1. Схема опыта Юнга

В случае небольших угл. размеров источника света целесообразно вместо пространственно-временной с. в. к. рассматривать две - пространственную когерентность 2512-2.jpg и временную когерентность 2512-3.jpg с характерными параметрами - площадью когерентности S0 и временем когерентности2512-4.jpg

2512-7.jpg

Рис. 2. Зависимость степени взаимной корреляции от расстояния r между двумя отверстиями.

Площадь когерентности - площадь S0 на плоскости, нормальной направлению на источник, ограниченная кривой, в пределах к-рой с. в. к. между любыми двумя точками не падает ниже нек-рой заданной величины 2512-5.jpg Для удалённого квазимонохроматич. источника, все элементы к-рого излучают независимо, 2512-6.jpg даётся пространственным преобразованием Фурье от распределения ин-тенсивностей по площади источника. Напр., для источника в виде плоского диска постоянной светимости 2512-8.jpg , где 2512-9.jpg - функция Бесселя первого рода, 2512-10.jpg - ср. длина волны, 2512-11.jpg - угл. размер источника; г - расстояние между точками 1 и 2. График 2512-12.jpg приведён на рис. 2. Площади когерентности при освещении обычными источниками, как правило, очень малы. Напр., в солнечном свете с. в. к. первый раз обращается в нуль уже для точек, удалённых друг от друга на 3-10-3 см, что и определяет трудности наблюдения интерференции в экспериментах типа Юнга. По мере уменьшения угл. размера источника площадь когерентности растёт. На измерении функции 2512-13.jpg основан метод Майкельсона определения диаметра звёзд (см. Интерферометр звёздный). Для лазеров площадь когерентности может перекрывать всё сечение пучка. В этом случае высокая с. в. к. является следствием вынужденного (и тем самым согласованного) характера испускания света частицами его рабочей среды в резонаторе, выделяющем типы колебаний малой угл. расходимости.

Временем когерентности t0 наз. мин. задержка 2512-14.jpg между интерферирующими световыми волнами, снижающая 2512-15.jpg до заданной малой величины, напр. до 0. Зависимость 2512-16.jpg даётся преобразованием Фурье от спектра мощности поля. Для поля с шириной спектра 2512-17.jpg время когерентности 2512-18.jpg. Для разл. источников света 2512-19.jpg меняется в широких пределах. Напр., для солнечного света 2512-20.jpgс, чему соответствует длина когерентности 2512-21.jpg (с - скорость света) порядка доли микрона. Для узких спектральных линий газоразрядных источников света2512-22.jpg доходит до десятков см. Для одночастотных лазеров2512-23.jpg может доходить до долей секунды, и соответственно2512-24.jpg измеряется многими тысячами км. Если световое поле содержит неск. раздельных спектральных линий, то 2512-25.jpg является немонотонно убывающей функцией2512-26.jpg Напр., если спектр состоит из двух линий2512-27.jpg и 2512-28.jpg, то 2512-29.jpg периодична с периодом 2512-30.jpg . Это характерно для лазерных источников.

Строго говоря, взаимно когерентны только поля, полученные от общего источника. Поля независимых источников некогерентны. Однако поля независимых источников с очень узкими спектральными линиями при наложении обнаруживают интерференцию, если наблюдение производится в течение времени 2512-31.jpg , 2512-32.jpg , где2512-33.jpg и 2512-34.jpg - ср. частоты полей источников, 2512-35.jpg - большая из ширин линий 2512-36.jpg и 2512-37.jpg. Через промежуток времени порядка 2512-38.jpg или 2512-39.jpg и. к. меняется и при усреднении по интервалу времени2512-40.jpg2512-41.jpg полностью замывается. Такую нестационарную и. к. можно регистрировать, фотографируя с достаточно малым временем экспозиции, однако чаще наблюдение ведётся с помощью фотоэлектрич. приёмника. При этом интерференция проявляется в виде зависимости от времени сигнала приёмника: при2512-42.jpg2512-43.jpg сигнал квазипериодичен (световые бие-ния), а при 2512-44.jpg меняется во времени нерегулярно с временем корреляции порядка 2512-45.jpg. Для описания такой нестационарной интерференции можно использовать понятие когерентности, имея при этом в виду в ф-ле (3) усреднение по огранич. интервалу времени2512-46.jpg

Нестационарная интерференция наблюдается только при достаточно высокой яркости источников света. Критерием является число фотонов в объёме когерентности 2512-47.jpg , к-рое должно быть не слишком малым по сравнению с 1. Практически нестационарная интерференция имеет место только с лазерными источниками. Очень слабые проявления остаточной нестационарной интерференции в полях тепловых источников света наблюдаются в экспериментах по спектроскопии шумов излучения и по корреляции интенсивностей. Для их теоретич. описания помимо рассмотренной К. с. вводится когерентность второго порядка, выражающаяся через функции корреляции уже не полей, а интенсивностей (см. Квантовая оптика, Квантовая когерентность).

Литература по когерентности света

  1. Глаубер Р., Оптическая когерентность и статистика фотонов, в кн.: Квантовая оптика и квантовая радиофизика, пер. с англ., франц., М., 1966;
  2. Франсов М., Сланский С., Когерентность в оптике, пер. с франц., М., 1967;
  3. Борн М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., 2 изд., М., 1973.
к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)


Знаете ли Вы, что низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тысяч километров в секунду при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 19.10.2020 - 11:38: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
19.10.2020 - 11:37: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
19.10.2020 - 11:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
19.10.2020 - 11:32: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
19.10.2020 - 08:26: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
19.10.2020 - 08:22: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
19.10.2020 - 08:19: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Игоря Кулькова - Карим_Хайдаров.
18.10.2020 - 20:44: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от проф. В.Ю. Катасонова - Карим_Хайдаров.
18.10.2020 - 20:17: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
18.10.2020 - 20:16: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Николаевича Боглаева - Карим_Хайдаров.
17.10.2020 - 19:46: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Проблема народного образования - Карим_Хайдаров.
17.10.2020 - 18:57: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution