Coherence - një ... valët koherente lehta. koherenca temporal

Konsideroni një shumim valë në hapësirë. Coherence - një masë e korrelacionit midis fazat e tij, i matur në pika të ndryshme. Koherenca vala varet nga karakteristikat e burimit të saj.

Dy llojet e koherencës

Le të konsiderojmë një shembull të thjeshtë. Imagjinoni dy noton, rritje dhe në rënie në sipërfaqen e ujit. Supozojmë se burimi vala është vetëm rrinë e cila harmonically zhytur dhe hequr nga uji thyer sipërfaqen e qetë të sipërfaqen e ujit. Kështu, ka një korrelacion të përsosur në mes lëvizjeve të dy gjithandej. Ato nuk mund të lëvizin lart e poshtë pikërisht në fazën, kur dikush shkon lart, tjetri poshtë, por faza diferenca midis pozicioneve të të dy gjithandej është konstante në kohë. Harmonike burim lekundese pikë prodhon absolutisht valë koherente.

Kur përshkruan koherencën e valëve të lehta, dallojmë dy lloje të saj - hapësinor dhe kohor.

Koherenca i referohet aftësisë së dritës për të prodhuar një model ndërhyrje. Në qoftë se të dy valët e dritës janë sjellë së bashku, dhe ata nuk krijojnë fushat e rritur dhe ulur ndriçimin, ata janë quajtur shkrifët. Nëse ata prodhojnë "ideal" model ndërhyrje (në kuptimin e zonave të plotë shkatërruese ndërhyrje), ata janë plotësisht koherente. Nëse dy valëve të krijuar "më pak se të përsosur" foto, ajo është konsideruar se ata janë pjesërisht koherente.

Michelson interferometër

Coherence - një fenomen që shpjegohet më së miri nga një eksperimenti.

Në Michelson interferometrash dritën nga burimi S (që mund të jetë i ndonjë nga: dielli, mundshëm, ose lazer) është drejtuar mbi një pasqyrë M semitransparent _0, i cili përfaqëson 50% të dritës drejt pasqyrë M ₁ dhe transmeton 50% ndaj pasqyrë M _2. Rrezja pasqyrohet nga secili prej pasqyron pasme te m _0, dhe pjesë të barabarta të dritës pasqyrohet nga M ₁ dhe M _{2 jane} kombinuar dhe projektuar mbi një B. sheshtë Pajisja mund të konfiguruar duke ndryshuar distancën nga pasqyrë M ₁ të ndarës rreze.

Michelson interferometër thelb mixes trare me versionin kohë-vonuar e tij. Drita që kalon në rrugën për në pasqyrë M ₁ ka për të shkuar në distancë në 2D më shumë se një rreze që lëviz në pasqyrë m _2.

Gjatësia dhe koherenca kohë

Ajo që është vënë re në ekran? Kur d = 0 mund të shihet një numër i skajet shumë të qarta ndërhyrje. Kur d është rritur, grupi bëhet më pak e theksuar: zonat e errëta të bëhen të ndritshme, dhe të lehta - dimmer. Së fundi, për d shumë të madhe, tejkalon një vlerë të caktuar kritik të D, unaza errët drita dhe zhduken plotësisht, duke lënë vetëm një turbullira.

Natyrisht, fusha drita nuk mund të ndërhyjë me versionin kohë-vonuar të vetë kur koha vonesa është mjaft i madh. Distance 2D - kjo është gjatësia koherenca: Efektet ndërhyrje janë të dukshme vetëm kur ndryshimi në mënyrën më pak se kjo distancë. Kjo vlerë mund të konvertohet gjatë t _c ndarjen e saj nga shpejtësia e dritës C: t _c = 2D / c.

Michelson eksperiment mat koherencën përkohshëm të valës së dritës: aftësinë e tij për të ndërhyrë me një version të vonuar të vetë. Një i stabilizuar t lazer _c = 10 ^-4 s, l _c = 30 km; dritë filtruar nga t nxehtësisë _c = 10 ^-8, l _C = 3 m.

Koherenca dhe koha

Temporal koherenca - një masë e korrelacionit midis fazave të valëve të lehta në pika të ndryshme përgjatë drejtim shumim.

Marrë përsipër burim lëshon një gjatësi vale të λ dhe λ ± Δλ, i cili në një pikë në hapësira të ndërhyrë në një distancë l _c = λ ² / (2πΔλ). Ku l _c - gjatësi koherenca.

Faza e një shumim valës në drejtimin x është përcaktuar si F = KX - ωt. Nëse kemi parasysh valët Figure në hapësirë në kohën t në një distancë l _c, faza diferenca ndërmjet dy vektorëve valë k ₁ dhe k _2, të cilat janë në fazën në x = 0 është e barabartë me Δφ = l _c k ₍₁ - k _2). Kur Δφ = 1, ose Δφ ~ 60 °, drita nuk është më koherente. Ndërhyrja dhe shpërbërje të ketë një efekt të rëndësishëm në kontrast.

Kështu:

• 1 = l _c (k ₁ - k _{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).

Vala e kalon nëpër hapësirë me një shpejtësi c.

Koha koherenca t _c = l _c / s. Meqenëse = λf c, atëherë Δf / f = Δω / ω = Δλ / λ. Ne mund të shkruaj

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

Nëse një i njohur gjatësi vale ose frekuenca e përhapjen e burim drite, është e mundur për të llogaritur l _C dhe T _c. Është e pamundur për të vëzhguar modelin ndërhyrje të marra nga pjesëtuar amplitudë, të tilla si ndërhyrje e filmit hollë, nëse diferenca optike rruga është dukshëm më i madh se l _c.

burim Temporal koherenca thotë Black.

Koherenca dhe hapësirë

koherenca Hapësinor - një masë e korrelacionit midis fazave të valëve të lehta në pika të ndryshme tërthor me drejtimin e përhapjes.

Kur distanca L nga (lineare) burimi i njëngjyrësh termik dimensionet e rendin e δ linear cilit, dy të çarat të vendosura në një distancë të madh se d _C = 0,16λL / δ, jo më të prodhuar një model të njohur ndërhyrje. πd _c ^2/4 është zona e burimit koherencës.

Në qoftë se në kohën t shohin burimin e δ gjerësi, hidhen pingul distancë L nga ekrani, ekran mund të shihni dy pikat (P1 dhe P2), ndarë nga një distancë d. Fusha elektrike në P1 dhe P2 përfaqëson mbivendosje e fushave elektrike të valëve të emetuara nga të gjitha pikat e burimit, rrezatimit e cila nuk është e lidhur me njëri-tjetrin. Të valëve elektromagnetike dalin P1 dhe P2, duke krijuar një model të njohur ndërhyrje në superpozim P1 dhe P2 duhet të jetë në fazë.

gjendja koherenca

valët e dritës rrezatuar nga të dy skajet e burimit, në një moment të kohës t të ketë një ndryshim të caktuar faza direkt në qendër në mes të dy pika. Rrezja vjen nga buzë e majtë të δ një P2 pikë për të kaluar në d (sinθ) / 2 më larg se trare shkon në qendër. Trajektore e rrezes vjen nga skajit të djathtë δ në pikë P2, kalon në rrugë d (sinθ) / 2 më pak. Dallimi në distancë udhëtoi për dy trarëve është d · sinθ dhe përfaqëson fazën dallimin Δf '= 2πd · sinθ / λ. Për distanca nga P1 deri P2 përgjatë para valës, ne marrim Δφ = 2Δφ '= 4πd · sinθ / λ. Valët emetuar nga të dy skajet e burimit, janë në fazë me P1 në kohën t dhe janë jashtë fazës në rajonin 4πdsinθ / λ në P2. Që sinθ ~ δ / (2L), atëherë Δφ = 2πdδ / (Lλ). Kur Δφ = Δφ ~ 1 ose 60 °, drita nuk konsiderohet më koherente.

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

Koherenca hapësinor i tha homogjenitetit fazës wavefront.

llambë flaktë është një shembull i burimit shkrifët lehta.

dritë koherente mund të merret nga një burim i rrezatimit jo koherente, në qoftë se ne hidhni më të madhe të rrezatimit. filtrim i parë hapësinor është kryer për të rritur koherencën hapësinore, dhe filtrim pastaj spektrale për koherencë më të madhe të përkohshme.

seri Furierit

Sinusoidale valë aeroplan plotësisht koherente në hapësirë dhe kohë, dhe gjatësia e tij e kohës dhe zona koherenca pafund. Të gjitha dallgët e vërtetë janë pulses valë zgjasin për një interval kohe të fundme, dhe që kanë fund pingul me drejtimin e tyre të shumimit. Matematikisht, ata janë përshkruar nga një funksion periodik. Për të gjetur frekuencat e pranishme në pulses valë dhe për të përcaktuar një gjatësi koherencës Δω duhet për të analizuar funksionet jo-periodike.

Sipas analizës së Furierit, një valë arbitrare periodike mund të konsiderohet si një mbivendosje e valëve sine. sinteza Fourier do të thotë se superpozim nga nje mori e valëve sinusoidale lejon që të marrë një waveform arbitrar periodike.

statistikat e komunikimit

Teoria Koherenca mund të konsiderohet si lidhjen e fizikës dhe shkencat e tjera, pasi ajo është rezultat i një bashkimi të teorisë elektromagnetike dhe statistikat, si dhe mekanika statistikore është bashkimi i mekanikës statistikore. Teoria është përdorur për të përcaktoj sasinë karakteristikat dhe efektet e luhatjeve të rastit në sjelljen e fushave të lehta.

Zakonisht është e pamundur për të matur luhatjet e fushës valë direkt. "ulje dhe ngritje" individuale drita e dukshme nuk mund të zbulohet direkt, apo edhe me instrumente të sofistikuara: frekuenca e tij është afërsisht ¹⁵ tetor luhatje për sekondë. Ju mund të masë vetëm mesataret.

Aplikimi i koherencës

Lidhja e fizikës dhe shkencat tjera si një shembull i koherencës mund të gjurmohen në një numër të aplikacioneve. Pjesërisht fusha koherente janë më pak të prekur nga turbullirat atmosferike, e cila i bën ata të dobishme për komunikim lazer. Ato janë përdorur edhe në studimin e reaksioneve të fuzionit lazer-i detyruar: a reduktimi i efekteve ndërhyrje kryesore të "qetë" veprimin e rreze në objektiv termobërthamor. Koherenca është përdorur në mënyrë të veçantë për të përcaktuar madhësinë dhe shpërndarjen e sistemeve yll binare.

Koherenca e valëve të lehta luan një rol të rëndësishëm në studimin e kuantike dhe fushat klasike. Në vitin 2005, Roy J. Glauber u bë një nga fituesit e Çmimit Nobel në Fizikë për kontributin e tij në teorinë kuantike të koherencës optik.