קוהרנטיות - A ... גלי אור קוהרנטי. לכידות זמנית

שקל הפצת גל בחלל. קוהרנטיות - מדד של קורלציה בין שלביה, נמדד בנקודות שונות. גל קוהרנטיות תלוי במאפייני המקור שלה.

שני סוגים של לכידות

בואו נחשוב על דוגמא פשוטה. תארו לעצמכם שני לצוף, עולה ויורדת על פני המים. תניח כי מקור הגל הוא המקל בלבד אשר שקוע הרמונית והוציא מן המים לשבור משטח רגוע של פני מים. לכן קיים מתאם מושלם בין התנועות של שני הקרונות. הם לא יכולים לעלות ולרדת בדיוק בשלב, כאשר אחד עולה, השני למטה, אבל ההבדל שלב בין העמדות של שני צף הוא קבוע בזמן. מבחינה הרמונית מקור צבע נדנוד מייצר לחלוטין גל קוהרנטי.

בבואנו לתאר את הקוהרנטיות של גלי אור, להבחין בין שני סוגים שלה - במרחב ובזמן.

קוהרנטיות מתייחסת ליכולת של אור כדי לייצר תבנית התאבכות. אם שני גלי אור הם הביאו יחד, והם אינם יוצרים בתחומי מוגברת וירידה בהירות, הם נקראים קוהרנטי. אם הם מייצרים "אידיאלית" תבנית התאבכות (במובן של אזורי הפרעה הרסניים שלמים), הם קוהרנטית לחלוטין. אם שני גלים ליצור "פחות ממושלמת" תמונה, זה נחשב כי הם קוהרנטית באופן חלקי.

אינטרפרומטר מייקלסון

קוהרנטיות - תופעה מוסברת על ידי מיטב ניסוי.

בשנת מייקלסון אינטרפורמטר האור מהמקור S (אשר עשוי להיות כל אחד: השמש, הכוכבים, או לייזר) מופנה אל מראה שקוף למחצה M _0, המייצגת 50% של אור לקראת המראה M ₁ ומעביר 50% לקראת המראה M _2. אלומת האור המשתקף מכל אחד המראות חזרה M _0, ואת מנות שווות של אור מוחזר מן M ₁ ו- M _{2 משולבים} ו מוקרן על B. מסך המכשיר יכול להיות מוגדר על ידי שינוי המרחק בין מראה M ₁ כדי ספליטר הקורה.

מייקלסון interferometer בעצם מערבב את הקורה עם גרסת-מתעכב זמן משלו. אור שעובר בדרך במראה M ₁ צריך ללכת את המרחק על 2D יותר קרן שזזה במראה M _2.

שעת אורך הקוהרנטיות

מה שנצפה על המסך? כאשר d = 0 ניתן לראות מספר בשולי הפרעה מאוד ברורים. כאשר D הוא גדל, הלהקה הופכת פחות בולטת: האזורים הכהים הופכים בהירים, ואור - עמעם. לבסוף, עבור ד גדול מאוד, מעל לסכום מסוים קריטי של D, האור והטבעות כהות להיעלם לחלוטין, ומשאירים רק כתם מטושטש.

ברור, בתחום האור לא יכול להפריע גרסה מתעכב זמן של עוצמה כאשר עיכוב הזמן גדול מספיק. מרחק 2D - הוא אורך הקוהרנטיות: תופעות הפרעות ניכרות רק כאשר ההבדל בדרך פחות המרחק הזה. ערך זה ניתן להמיר במהלך t _ג וחלוקתו על ידי מהירות האור c: t _c = 2D / ג.

מייקלסון הניסוי מודד את הקוהרנטיות הזמני של גל אור: יכולתו להפריע גרסה מאוחרת של עצמה. _ג t לייזר היטב התייצב = 10 ^-4 s, l _c = 30 ק"מ; אור מסונן מ _ג t החום = 10 ^-8, אני _ג = 3 מ '.

קוהרנטיות וזמן

לכידות זמניות - מדד הקורלציה בין שלבי גלי האור בנקודות שונות לאורך כיוון ההתפשטות.

מקור נניח פולט באורך גל של λ ו λ ± Δλ, אשר בשלב מסוים בחלל יפריע בכל _ג l מרחק = λ ² / (2πΔλ). איפה _ג l - לכידות אורך.

השלב של הפצת גל בכיוון x מוגדרת KX = F - ωt. אם ניקח בחשבון גלי איור בחלל בזמן t בבית _ג l _מרחק, ההבדל שלב בין שני וקטורים גל k ₁ ו- K _2, אשר נמצאים בשלב ב x = 0 שווה Δφ = l _ג (k ₁ - k _2). כאשר Δφ = 1, או Δφ ~ 60 °, האור כבר לא קוהרנטי. הפרעה ויש עקיפת השפעה משמעותית על הניגוד.

לפיכך:

• 1 = l _ג (k ₁ - k _{2) = C l (2π / λ} - 2π / (λ + Δλ));
• _{ג l (λ + Δλ - λ} ) / (λ (λ + Δλ)) ~ l ג Δλ / λ ² = 1 / 2π;
• _ג l = λ ² / (2πΔλ).

הגל עובר את החלל עם ג מהיר.

הקוהרנטיות בזמן t _c = l _c / s. מאז ג = λf, אז Δf / f = Δω / ω = Δλ / λ. אנחנו יכולים לכתוב

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

אם ידוע אורך גל או תדירות של התפשטות של מקור האור, אפשר לחשב _ג L ו- _{C t.} אי אפשר לצפות את תבנית ההתאבכות המתקבלת על ידי חלוקה משרעת, כגון הפרעת סרט דקה, אם הבדל הנתיב האופטי הוא גדול משמעותי מ _{ג l.}

מקור הקוהרנטיות Temporal אומר שחור.

קוהרנטיות ומרחב

קוהרנטיות מרחבית - מדד הקורלציה בין שלבי גלי האור בנקודות שונות רוחבי לכיוון של התפשטות.

כאשר L המרחק מהמקור (ליניארי) תרמית מונוכרומטי שמידותיו ליניארי של סדר δ, שני החריצים הנמצאים במרחק גדול מ _ג ד = 0,16λL / δ, כבר לא מייצרים תבנית התאבכות לזיהוי. _ג πd ^2/4 הוא האזור של המקור הלכיד.

אם בזמן t לראות את המקור של δ רוחב, מסולק בניצב מרחק L מהמסך, המסך יכול לראות את שתי נקודות (P1 ו- P2), המופרדים על ידי ד מרחק. השדה החשמלי של P1 ו- P2 מייצג סופרפוזיציה של שדות חשמליים הגלים הנפלטים על ידי כל הנקודות של המקור, הקרינה שאינה קשורה לזה. כדי גלי אלקטרומגנטיים יציאת P1 ו- P2, יצירת תבנית התאבכות לזיהוי P1 ו- P2 סופרפוזיציה צריך להיות בשלב.

מצב הקוהרנטיות

גלי אור הקרינו על ידי שני קצוות של המקור, בשלב מסוים של t הזמן יש הבדל בשלב מסוים ישירות במרכז בין שתי נקודות. הקרן מגיעה מהקצה השמאלי של δ ל P2 נקוד להעביר ד (sinθ) / 2 רחוק יותר מאשר הקרן לכיוון המרכז. מסלולו של הקורה הקרוב מהקצה הימני של δ להצביע P2, עובר על שביל ד (sinθ) / 2 פחות. הבדל המרחק משני קורות הוא D · sinθ ומייצג את הבדל שלב Δf "= 2πd · sinθ / λ. עבור המרחק בין P1 כדי P2 לאורך חזית הגל, נקבל Δφ = 2Δφ "= 4πd · sinθ / λ. הגלים הנפלטים על ידי שני הקצוות של המקור, נמצאים בשלב עם P1 בזמן t והם מחוץ למופע באזור 4πdsinθ / λ ב P2. מאז sinθ ~ δ / (2L), אז Δφ = 2πdδ / (Lλ). כאשר Δφ = Δφ ~ 1 או 60 מעלות, האור אינו נחשב עוד קוהרנטית.

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

הקוהרנטיות המרחבי של הומוגניות שלב חזית הגל אמר.

מנורת ליבון היא דוגמא מקור אור קוהרנטי.

ניתן להשיג אור קוהרנטי ממקור קרינת קוהרנטי, אם נפטרנו ביותר של הקרינה. הסינון המרחבי הראשון מתבצע על מנת להגדיל את קוהרנטיות מרחבית, ולאחר מכן סינון ספקטרלי קוהרנטיות הזמני גדול.

טור פורה

גל מטוס סינוסי לגמרי קוהרנטית במרחב ובזמן, ואורכו של זמן ואת הקוהרנטיות האזור אינסופי. כל הגלים האמיתיים הם פולסים גל שנמשכים למשך פרק זמן מוגבל, ויש להם סוף בניצב לכיוון ההתפשטות שלהם. מבחינה מתמטית, הם מתוארים על ידי פונקציה מחזורית. כדי למצוא את התדרים הנמצאים פולסים גל לקביעת אורך הקוהרנטיות Δω צריך לנתח פונקציות לא תקופתיות.

על פי ניתוח פורה, גל תקופתי שרירותי יכול להיחשב סופרפוזיציה של גלי סינוס. סינתזת פוריה כלומר סופרפוזיציה של ריבוי של גלי סינוסי מאפשרת להשיג waveform תקופתית שרירותית.

סטטיסטיקת תקשורת

תאורית קוהרנטיות יכולה להיחשב כחיבור של פיסיקה ומדעים אחרים, שכן הוא התוצאה של מיזוג של התאוריה והסטטיסטיקות אלקטרומגנטיים, כמו גם מכניקה סטטיסטית הוא האיחוד של מכניקת הסטטיסטיקה. התאוריה משמשת לכמת את המאפיינים ואת ההשפעות של תנודות אקראיות על ההתנהגות של שדות אור.

בדרך כלל אי אפשר למדוד תנודות של שדה הגל ישירות. "עליות ומורדות" פרט האור הנראה לא ניתן לאתר ישירות, או אפילו עם מכשירים מתוחכמים: התדירות שלה היא תנודות כ ^-15 באוקטובר לשנייה. אתה יכול למדוד את הממוצעים בלבד.

יישום של לכידות

חיבור של פיסיקה ומדעים אחרים כדוגמא קוהרנטיות ניתן לייחס במספר היישומים. חלקית שדות קוהרנטית פחות מושפעים הערבול באטמוספירה, מה שהופך אותם שימושי עבור תקשורת לייזר. הם משמשים גם בחקר תגובות היתוך מושרה ליזר: הפחתה של תופעות פרעות מובילות "להחליק" את הפעולה של הקרן על היעד תֶרמוֹגַרעִינִי. קוהרנטיות משמשת בפרט לקבוע את הגודל והקצאת המערכות בינאריות כוכב.

קוהרנטיות של גלי אור ממלא תפקיד חשוב בחקר קוונטים ושדות קלסיים. בשנת 2005, רוי גלאובר הפך לאחד הזוכים בפרס נובל לפיזיקה על תרומתו התיאוריה הקוונטית של קוהרנטיות אופטית.