کوهرنس - و ... امواج نور منسجم. انسجام زمانی

انتشار موج در فضای در نظر بگیرید. کوهرنس - اندازه گیری ارتباط بین مراحل آن، در نقاط مختلف اندازه گیری شد. موج انسجام بستگی به ویژگی های از منبع آن است.

دو نوع انسجام

بیایید یک مثال ساده در نظر بگیرید. تصور کنید دو شناور، افزایش و کاهش در سطح آب است. فرض کنید که موج منبع تنها چوب که هارمونیک غوطه ور است و از آب شکستن سطح آرام سطح آب حذف شده است. بنابراین یک ارتباط کامل بین حرکات دو شناور وجود دارد. آنها نمی توانند حرکت بالا و پایین دقیقا در فاز، زمانی که یکی بالا می رود، دیگر را به پایین، اما اختلاف فاز بین مواضع دو شناور در زمان ثابت است. هارمونیک منبع نقطه نوسان تولید کاملا موج منسجم.

هنگامی که توصیف انسجام امواج نور، تشخیص دو نوع آن - مکانی و زمانی.

انسجام به توانایی نور را برای تولید اشاره الگوی تداخل. اگر دو موج نور با هم به ارمغان آورد، و آنها را زمینه های افزایش ایجاد کنید و کاهش روشنایی، آنها نامنسجم نامیده می شود. اگر آنها تولید "ایده آل" الگوی تداخل (در مفهوم مناطق به طور کامل تداخل مخرب)، آنها به طور کامل منسجم هستند. اگر دو موج ایجاد "کمتر از کامل" تصویر، در نظر گرفته است که حدی منسجم هستند.

تداخل مایکلسون

کوهرنس - یک پدیده است که به بهترین وجه توسط یک آزمایش توضیح داده شده.

در مایکلسون تداخل نور از منبع S (که ممکن است هر یک از: خورشید، ستاره، و یا لیزر) است که بر روی یک آینه M نیمه شفاف _0، که نشان دهنده 50٪ از نور به سمت آینه M ₁ و انتقال 50 درصد نسبت به آینه M _{2 است.} پرتو از هر یک از آینه به M ₀ منعکس شده _است، و قسمت مساوی نور از M ₁ منعکس شده و M ₂ با _هم ترکیب و روی یک B. صفحه نمایش این دستگاه می تواند با تغییر فاصله از M _{آینه: از 1} به شکاف پرتو پیکربندی شده است.

مایکلسون تداخل سنج اساسا مخلوط پرتو با نسخه زمان تاخیر از خود است. نور که در راه به M آینه ₁ عبور می کند به رفتن از راه دور بر روی 2D بیش از یک پرتو که حرکت M آینه _2.

طول و انسجام زمان

چه بر روی صفحه نمایش مشاهده؟ هنگامی که = D 0 دیده می شود که تعدادی از حاشیه تداخل بسیار روشن. هنگامی که د افزایش یافته است، گروه کمتر می شود: مناطق تاریک روشن تر می شوند، و نور - کم نور. در نهایت، برای د بسیار بزرگ، بیش از یک مقدار بحرانی خاصی از D، نور و حلقههای تیره ناپدید می شوند به طور کامل، می روم تنها تاری.

بدیهی است، میدان نور می توانید با نسخه نیست زمان تاخیر از خود دخالت زمانی که تاخیر زمانی به اندازه کافی بزرگ است. فاصله 2D - آن طول همدوسی است: اثرات تداخل قابل توجه است تنها زمانی که تفاوت در راه کمتر از این فاصله. این مقدار می تواند در طول تی _سی خود را تقسیم تبدیل شده به سرعت نور تی _سی = 2D / C: C.

آزمایش مایکلسون اندازه گیری بستگی زمانی موج نور: توانایی خود را به تداخل با نسخه تاخیر از خود. به خوبی تثبیت لیزری تی _سی = 10 ^-4 S، L _C = 30 کیلومتر؛ نور فیلتر شده را از روی حرارت تی _سی = 10 ^-8، ل _ج = 3 متر.

انسجام و زمان

بستگی زمانی - اندازه گیری ارتباط بین مراحل امواج نور ها در نقاط مختلف همراه جهت انتشار.

منبع فرض کنید یک طول موج λ و λ ± Δλ، که در برخی از نقطه در فضا در فاصله L _C = λ ² / (2πΔλ) تداخل ساطع می کند. که در آن L _ج - طول همدوسی.

مرحله از انتشار موج در جهت x به عنوان = F KX تعریف شده - ωt. اگر ما امواج شکل در فضا در نظر در زمان t در فاصله L _C، اختلاف فاز بین دو بردار موج K ₁ و _{K، 2} که در فاز در x = 0 به Δφ = L _ج (- K ₂ K ₁₎ برابر _است. هنگامی که Δφ = 1، و یا Δφ ~ 60 °، نور است و دیگر منسجم. تداخل و پراش دارای اثر قابل توجهی بر روی کنتراست.

بنابراین:

• 1 = L _ج (K ₁ - ک _{2) = L ج (2π / λ} - 2π / (λ + Δλ))؛
• _{L ج (λ + Δλ - λ} ) () λ (λ + Δλ) / ~ L ج Δλ / λ ² = 1 / 2π؛
• L _C = λ ² / (2πΔλ).

موج را از طریق فضا با سرعت ج عبور می کند.

زمان همدوسی تی _سی = L _C / S. از آنجا که = λf C، پس از آن Δf / F = Δω / ω = Δλ / λ. ما می توانیم ارسال

• L _C = λ ² / (2πΔλ) = λf / ( 2πΔf) = ج / Δω؛
• تی _ج = 1 / Δω.

اگر شناخته شده طول موج یا فرکانس از انتشار از منبع نور، ممکن است برای محاسبه L _C و T _ج. این غیر ممکن است که رعایت الگوی تداخل به دست آمده با تقسیم دامنه، مانند تداخل فیلم نازک، اگر تفاوت مسیر نوری است به طور قابل توجهی بیشتر از L _ج.

منبع انسجام زمانی می گوید: سیاه.

انسجام و فضای

انسجام فضایی - اندازه گیری ارتباط بین مراحل امواج نور در نقاط مختلف عرضی به جهت انتشار.

هنگامی که فاصله L از حرارتی (خطی) منبع تک رنگ که ابعاد از سفارش از δ خطی، دو اسلات واقع در فاصله بیشتر از روز _پ = 0،16λL / δ، دیگر تولید یک الگوی تداخلی قابل تشخیص است. πd _ج ^2/4 منطقه از منبع انسجام است.

اگر در زمان t منبع δ عرض، دفع عمود بر فاصله L از روی صفحه نمایش مشاهده کنید، روی صفحه نمایش می توانید دو نقطه (P1 و P2)، از هم جدا شده فاصله d مشاهده کنید. میدان الکتریکی در P1 و P2 نشان دهنده انطباق از میدان های الکتریکی از امواج ساطع شده از تمام نقاط از منبع، تابش است که به یکدیگر متصل نیست. برای امواج الکترومغناطیسی از خروج P1 و P2، ایجاد یک الگوی مداخله تشخیص در P1 و P2 انطباق باید در مرحله خواهد بود.

شرایط تلائم

امواج نور تابش شده توسط دو لبه های منبع، در چند نقطه از زمان t یک اختلاف فاز خاص به طور مستقیم در مرکز بین دو نقطه است. پرتو از لبه سمت چپ δ به یک نقطه P2 به تصویب در د (sinθ) / 2 دورتر از پرتو از رفتن به مرکز. مسیر پرتو که از لبه سمت راست δ به نقطه P2، عبور می کند در مسیر D (sinθ) / 2 کمتر است. تفاوت در فاصله برای دو پرتو سفر D است · sinθ و نشان دهنده اختلاف فاز Δf '= 2πd · sinθ / λ. برای فاصله از P1 به P2 همراه جبهه موج، ما به دست آوردن Δφ = 2Δφ '= 4πd · sinθ / λ. امواج ساطع شده از دو لبه های منبع، در فاز با P1 در زمان t است و از مرحله در منطقه هستند 4πdsinθ / λ در P2. از آنجا که sinθ ~ δ / (2L)، سپس Δφ = 2πdδ / (Lλ). هنگامی که Δφ = Δφ ~ 1 یا 60 درجه، نور دیگر منسجم در نظر گرفته.

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

انسجام فضایی گفت همگن فاز جبهه موج.

لامپ رشته ای به عنوان مثال از منبع نور نامنسجم است.

نور منسجم می تواند از یک منبع تابش نامنسجم دست آمده، اگر بسیاری از اشعه ما را دور بیندازید. اولین فیلتر فضایی انجام شده است برای افزایش انسجام فضایی، و فیلتر پس از آن طیفی برای انسجام زمانی بزرگتر است.

سری فوریه

موج سینوسی هواپیما به طور کامل در فضا و زمان منسجم، و طول آن از زمان و منطقه پیوستگی است که بی پایان است. همه امواج واقعی پالس موج به مدت یک بازه زمانی محدود، و داشتن پایان و عمود بر جهت آنها انتشار می باشد. ریاضی، آنها توسط یک تابع متناوب است. برای پیدا کردن فرکانس های موجود در پالس موج و برای تعیین طول انسجام Δω نیاز به تجزیه و تحلیل عملکرد غیر دوره ای.

با توجه به تجزیه و تحلیل فوریه، موج های دوره ای دلخواه را می توان به عنوان یک برهمنهی امواج سینوسی در نظر گرفته. سنتز فوریه بدان معنی است که انطباق از یک کثرت از امواج سینوسی اجازه می دهد تا برای به دست آوردن شکل موج های دوره های دلخواه.

آمار ارتباطات

نظریه انسجام می تواند به عنوان اتصال فیزیک و علوم دیگر در نظر گرفته، از آن نتیجه ادغام از نظریه الکترومغناطیسی و آمار، و همچنین مکانیک آماری است که اتحادیه از مکانیک آمار است. نظریه استفاده می شود برای تعیین کمیت خواص و آثار نوسانات تصادفی در رفتار زمینه نور است.

معمولا آن را برای اندازه گیری نوسانات میدان موج مستقیم ناممکن است. فردی "فراز و نشیب" نور مرئی را نمی توان به طور مستقیم، و یا حتی با ابزار پیچیده شناسایی: فرکانس آن حدود اکتبر ¹⁵ نوسانات در هر ثانیه است. شما فقط می توانید اندازه گیری به طور متوسط.

استفاده از انسجام

اتصال فیزیک و علوم دیگر به عنوان مثال از انسجام را می توان در تعدادی از برنامه های پیش بینی کرد. نیمه زمینه منسجم هستند کمتر از تلاطم جوی، که آنها را برای ارتباطات لیزری مفید است. آنها همچنین در این مطالعه از واکنش های همجوشی ناشی از لیزر استفاده می شود: کاهش اثرات تداخل منجر به "صاف" عمل پرتو بر روی هدف گرما. انسجام به ویژه برای تعیین اندازه و تخصیص سیستم های دوتایی ستاره استفاده می شود.

انسجام امواج نور نقش مهمی در مطالعه کوانتومی و زمینه های کلاسیک بازی می کند. در سال 2005، روی جی. گلوبر یکی از برندگان جایزه نوبل فیزیک را سهم خود را به نظریه کوانتومی همدوس نوری شد.