Что называется длиной когерентности

длина когерентности

3.7 длина когерентности (coherence length): Расстояние в пучке направленного распространения, при котором сохраняется постоянство разности фаз.

40. Длина когерентности *

Полезное

Смотреть что такое «длина когерентности» в других словарях:

длина когерентности — (Δc) Произведение времени когерентности на скорость электромагнитного излучения в вакууме. Примечания 1. Длина когерентности численно равна минимальной оптической разности хода, при которой контраст интерференционной картины в… … Справочник технического переводчика

длина когерентности — koherentiškumo nuotolis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. coherence distance; coherence length vok. Interferenzlänge, f; Kohärenzabstand, m; Kohärenzlänge, f rus. длина когерентности, f; расстояние когерентности, n pranc. distance de… … Fizikos terminų žodynas

длина когерентности — koherentiškumo nuotolis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Nuotolis superlaidininke, kurio ribose sąveikauja superlaidumą lemiantys krūvininkai. atitikmenys: angl. coherence length vok. Kohärenzlänge, f rus. длина… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

длина когерентности — Путь, пройденный светом за время когерентности … Политехнический терминологический толковый словарь

длина — 3.1 длина (length) l: Наибольший линейный размер лицевой грани измеряемого образца. Источник: ГОСТ Р ЕН 822 2008: Изделия теплоизоляционные, применяемые в строительстве. Методы измерения длины и ширины … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

расстояние когерентности — koherentiškumo nuotolis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. coherence distance; coherence length vok. Interferenzlänge, f; Kohärenzabstand, m; Kohärenzlänge, f rus. длина когерентности, f; расстояние когерентности, n pranc. distance de… … Fizikos terminų žodynas

ГОСТ 24453-80: Измерения параметров и характеристик лазерного излучения. Термины, определения и буквенные обозначения величин — Терминология ГОСТ 24453 80: Измерения параметров и характеристик лазерного излучения. Термины, определения и буквенные обозначения величин оригинал документа: 121. Абсолютная спектральная характеристика чувствительности средства измерений… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

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 … Физическая энциклопедия

Голография — (др. греч. ὅλος полный + γραφή пишу) набор технологий для точной записи, воспроизведения и переформирования волновых полей. Данный метод был предложен в 1947 году[1] Дэннисом Габором, он же ввёл термин голограмма[2] и получил… … Википедия

СВЕРХПРОВОДНИКИ ВТОРОГО РОДА — сверхпроводящие материалы, составляющиеодин из двух классов, на к рые подразделяются все сверхпроводники в зависимостиот поведения в магн. поле. Длинный цилиндр из С. в. р., помещённый в продольное магн. поле, обнаруживаетполный Мейснера эффект… … Физическая энциклопедия

Источник

4.3. Когерентность

Известно, что строго монохроматический свет – это идеализация. Реальный свет, как бы мы не старались его монохроматизировать, остаётся в той или иной степени немонохроматическим, представляющим собой набор монохроматических компонент в некотором конечном интервале длин волн (l, l + Dl). Примем, что эти монохроматические компоненты равномерно заполняют указанный интервал.

Как показывает формула (), ширина полос DX

l. Изобразим положения максимумов для волн, соответствующих крайним значениям спектрального интервала (l, l + Dl) сплошными отрезками — для l, пунктирными – для l + Dl (рис. ). Максимумы же от промежуточных длин волн заполняют интервал между крайними максимумами каждого порядка интерференции.

В результате промежуточные максимумы, как видно из рис. 1 будут постоянно заполнять интервал между максимумами соседних порядков для l и l + Dl. А это значит, что результирующие максимумы (нижняя часть рисунка) будут постоянно размываться, и качество интерференционной картины станет хуже. Отчётливость интерференционной картины количественно характеризуется её видимостью:

(1)

Максимальная видимость (V = 1) достигается при Jmin = 0, а минимальная (V = 0) – при Jmax = Jmin, т. е. когда интерференционная картина отсутствует.

С помощью рис. можно заключить, что полосы исчезнут там, где M(l + Dl) » (M + 1)l, здесь M – предельный порядок интерференции, начиная с которого полосы исчезают. Отсюда:

(2)

Величина l/Dl характеризует Степень монохроматичности Света: чем она больше, тем больше и степень монохроматичности.

Таким образом, мы нашли то значение M, при котором картина интерференции исчезает, т. е. складываемые колебания становятся уже некогерентными. Найденное значение M () определяет так называемую Длину когерентности:

. Отсюда следует, что

(3)

Видно, что длина когерентности световой волны непосредственно связана со степенью монохроматичности (l/Dl): чем больше последняя, тем больше и длина когерентности. Для солнечного света Lcog » 5l, для лучших (не лазерных) источников света удалось получить Lcog порядка нескольких десятков сантиметров. Лазеры позволили получить излучение с Lcog порядка сотен метров (и даже нескольких километров).

Итак, можно утверждать, что для получения интерференционной картины необходимо, чтобы оптическая разность хода складываемых колебаний была меньше длины когерентности:

Это требование касается Всех Установок, с помощью которых мы хотим наблюдать картину интерференции.

В заключение заметим, что длина когерентности связана с так называемым Временем когерентности TCog – промежуток времени, в течение которого случайные изменения фазы световой волны в данной точке достигают значения порядка p. За это время волна распространяется на расстояние порядка Lcog = CTCog.

До сих пор размер источников предполагался малым (часто говорят точечный источник). Увеличение размеров источника, как и уменьшение степени монохроматичности света приводит к ухудшению (размытию) интерференционных полос и даже к полному их исчезновению.

1. Рассмотрим первую экспериментальную установку для демонстрации интерференции, предложенную Юнгом (опыт Юнга). В ней яркий пучок света освещал узкую щель S (рис. ). Прошедший через щель свет вследствие дифракции образует расходящуюся волну, которая падает на две узкие щели S1 и S2. Эти щели действуют как вторичные когерентные источники и, исходящие из них дифрагированные волны, перекрываясь, дают на экране Э систему интерференционных полос.

Для получения устойчивой во времени интерференционной картины необходимо, чтобы геометрия установки удовлетворяла определённым условиям, связанным со свойствами используемого излучения. Эти свойства, во-первых, задавались Длиной когерентности, что связано с монохроматичностью источника. Во-вторых – Шириной когерентности.

Что представляет собой ширина когерентности рассмотрим на примере опыта Юнга, предположив, что излучение источника S монохроматично, но щель имеет конечную ширину. Расширение щели, как и уменьшение степени монохроматичности света приводит к ухудшению (размытию) интерференционных полос и даже к полному их исчезновению.

При увеличении ширины щели S расстояния между максимумами от её крайних элементов будут увеличиваться, т. е. интервалы между соседними максимумами от одного края щели будут постепенно заполняться максимумами от остальных элементов щели. Если положить для простоты расстояния A = B, тогда при ширине щели S, равной ширине интерференционной полосы DX, интервал между соседними максимумами от края 1 будет целиком заполнен максимумами от остальных элементов щели, и интерференционные полосы исчезнут.

Но это явление можно объяснить и иначе, а именно, интерференционная картина исчезает вследствие того, что вторичные источники – щели S1 и S2 – становятся некогерентными. Это позволяет говорить о Ширине когерентности (Hcog) падающей на щели S1 и S2 световой волны от S, где отдельные участки волны в достаточной степени когерентны между собой.

Найдём формулу для вычисления Hcog. В рассматриваемой схеме запишем условие, при котором щели S1 и S2 становятся некогерентными источниками:

, (4)

Где D – расстояние между щелями. Кроме того, выяснили, что картина исчезнет, когда ширина щели S » DX. Ширина же полосы, согласно (6), равна:

; (5)

Из этих трёх равенств получим:

, (6)

Где j — угловая ширина щели S относительно диафрагмы с двумя щелями (в опыте Юнга).

Если в качестве источника использовать Непосредственно Солнце (его угловой размер j » 0,01 рад и l » 0,5 мкм), то ширина когерентности, согласно (6), Hcog » 0,05 мм. Поэтому для получения интерференционной картины от двух щелей с помощью такого излучателя расстояние между двумя щелями должно быть меньше 0,05 мм, что сделать практически невозможно.

Итак, для получения устойчивой интерференционной картины с использованием обычных (не лазерных) источников света необходимо исходную световую волну расщепить подходящим способом на две части, которые затем в области перекрытия и образуют систему полос, но лишь в том случае, если у исходной световой волны:

1) длина когерентности LCog превышает оптическую разность хода складываемых колебаний;

2) ширина когерентности Hcog превышает расстояние D между щелями.

Насколько большими должны быть эти величины, общепринятого соглашения нет. Это зависит от желаемого значения параметра видности.

Заметим также, что в разных интерференционных схемах под D надо понимать расстояния между некоторыми характерными лучами в месте расщепления исходной световой волны.

Источник

Когерентность волн

В этой статье мы расскажем, что означает понятие когерентности, определим ее основные виды (временная и пространственная), а также решим несколько задач, связанных с оценкой когерентности. Начнем с базового определения.

При наблюдении интерференции волн одним из важнейших условий является их когерентность. О наличии когерентности говорят тогда, когда имеет место согласованность протекания волновых или колебательных процессов во времени и пространстве.

Когерентность характеризуется такой чертой, как степень (иначе ее можно назвать степенью согласованности вышеуказанных процессов). Различают два основных типа данного явления – временную и пространственную когерентность.

Что такое временная когерентность

Данный тип когерентности характеризуется длиной и продолжительностью. Она возникает тогда, когда мы имеем дело с немонохромным точечным источником света. Примером могут быть полосы, наблюдаемые при интерференции в специальном приборе – интерферометре Майкельсона: чем выше оптическая разность, тем менее четкими становятся полосы (вплоть до полного исчезновения). Основная причина временной когерентности света лежит в длине источника и конечном времени свечения.

В таком случае исследуемые волны когерентными не являются. Если же за указанное время величина cos δ ( t ) сохраняется практически неизменной, то интерференция становится очевидной, и у нас получаются когерентные волны.

Из всего этого можно сделать вывод об относительности понятия когерентности. При малой инерционности прибора интерференция, как правило, обнаруживается, а если прибор обладает большим временем инерции, то нужную картину мы можем просто не увидеть.

Время когерентности имеет зависимость от интервала частот, а также от длины волн, представленных в общей световой волне.

Что такое пространственная когерентность

Если мы имеем дело с монохроматическим протяженным, а не точечным источником света, то здесь вводится понятие пространственной когерентности. Она имеет такие характеристики, как ширина, радиус и угол.

Буквой φ обозначен угловой размер источника световой волны.

Если волна света располагается вблизи нагретого тела, то ее пространственная когерентность составляет всего несколько длин волн. Чем больше расстояние от источника света, тем выше степень пространственной когерентности.

Чтобы оценить радиус когерентности, воспользуемся формулой ρ k o g

Интерференция солнечных лучей не может быть видна невооруженным взглядом, поскольку радиус ее когерентности очень мал и находится вне разрешающей способности человеческого глаза.

Условие: если два не связанных между собой источника света испускают волны, почему данные волны не будут когерентными?

Источник

Световых волн. Временная когерентность. Время и длина когерентности.

Интерференция света – пространственное перераспределение энергии светового излучения при наложении когерентных световых волн.

Когерентностью называется согласованное протекание двух или нескольких колебательных или волновых процессов (см. лекцию № 28, п.3).

Монохроматическое излучение (от греч. monos – один, единый и chroma – цвет) – электромагнитное излучение одной определенной и строго постоянной частоты. Происхождение термина связано с тем, что различие в частоте световых волн воспринимается человеком как различие в цвете. Отметим, что излучаемый реальным источником свет не может быть строго монохроматичным.

Различают временную и пространственную когерентность.

Временная когерентностьхарактеризует сохранение взаимной когерентности при временном отставании одного из лучей по отношению к другому.Мерой когерентностислужит время когерентности — максимально возможное время отставания одного луча по отношению к другому, при котором их взаимная когерентность еще сохраняется.

В идеализированном случае рассматривают интерференцию строго монохроматических волн с постоянной разностью фаз. Однако, такие волны бесконечны в пространстве, времени и, не существуют в природе. Поэтому интерференция монохроматических волн является лишь первым приближением в изучении интерференции волн от реальных источников.

Выясним роль немонохроматичности волн во временной когерентности.

При рассмотрении интерференции близкий к монохроматическому реальный свет можно представить как набор монохроматических составляющих – волн в интервале частот от ω до ω + Δω. где Δω – достаточно малая величина. Пусть волны, соответствующие крайним значениям спектрального интервала (ω; ω + Δω) вызывают в данной точке пространства (например, на экране) колебания ωt и (ω + Δω)t (начальные фазы для простоты полагаем равными нулю). Если разность фаз составляющих (компонент) кратных частот в этой точке равна π, то это означает, что на «горб» от одной составляющей наложится «впадина» от другой крайней компоненты (ω + Δω) Интерференционная картина «смажется». Наглядно представить ситуацию можно следующим образом. Наложите ладонь одной руки на ладонь другой, палец на палец, а теперь сместите одну из ладоней на ширину одного пальца, картина интенсивности сладится.

(Замечание. Рассмотрение промежуточных по частоте компонент между ω и ω + Δω не изменит качественной картины.)

Итак, время, за которое разность фаз компонент световой волны с верхней и нижней частотой составит порядка π и будет временем когерентности. Разность фаз этих колебаний Δφ = Δωt. Время когерентности определится из соотношения Δω ≈π. Так как Δω = 2πΔν , то 2πΔν ≈π. Отсюда ≈1/2Δν, пренебрегая в наших оценках «двойкой», получим

≈

От частоты перейдем к длине волны ν = с / λ. Продифференцируем последнее выражение: dν = – и заменим знак дифференциала d на Δ, полагая изменение λ конечным, но достаточно малым.

≈

Модуль = .

Соответственно время когерентности

где Δλ – ширина интервала длин интерферирующих волн; чем меньше интервал Δλ, тем больше время когерентности.

Можно сказать, что в тех случаях, когда время фиксирования интерференционной картины много больше времени когерентности накладываемых волн ( >> ), прибор не зафиксирует интерференции. Если же

Дата добавления: 2019-04-03 ; просмотров: 1433 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Временная и пространственная когерентность.

Под когерентностью понимают согласованное протекание волновых или колебательных процессов. Различают временную и пространственную когерентность. Под временной когерентностью понимают степень согласованности колебаний в некоторой точке пространства с течением времени. Эта согласованность нарушается с течением времени для излучения обычных источников из-за того, что, как отмечалось выше, световая волна представляет собой суперпозицию огромного числа цугов. Пока излучают одни и те же атомы, фаза суммарной волны остается постоянной. Однако с течением времени одни атомы прекращают излучение и соответствующие им цуги исчезают. Другие атомы, наоборот, начинают излучать, и возникают новые цуги, фазы которых никак не связаны с фазами предшествующих. В момент исчезновения цуга или возникновения нового фаза суммарной волны испытывает малые скачкообразные изменения, которые носят случайный (непредсказуемый) характер. Число таких случайных скачков фазы за некоторый промежуток времени пропорционально его длительности.

Временем когерентности t_k. будем называть время, в течение которого изменение фазы волны в рассматриваемой точке пространства, вследствие последовательности случайных малых ее изменений, может достигать значения π.

Используя данное определение время когерентности можно оценить из условия

,

т.е. ,

Очевидно, что t_k равно длительности цуга τ. Если запаздывание Δt одной из двух волн, полученных от одного источника, в данной точке пространства, превысит τ, то в этой точке будут накладываться разные цуги (т. е. сопряженные цуги не перекрываются) и, следовательно, накладываемые волны окажутся некогерентными.

Расстояние, на которое перемещается волна за время когерентности, называется длиной когерентности или длиной цуга l_k. Очевидно, что для вакуума

Так как , то, дифференцируя эту формулу, получим . Следовательно, справедливо приближенное выражение . Поэтому имеем:

,

. (4)

Условие существования интерференционной картины в виде Δt

Длиной или радиусом пространственной когерентности условились называть расстояние вдоль волновой поверхности (в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны), на котором изменение фазы вследствие случайных малых ее изменений, достигает значения π.

Можно показать, что длина пространственной когерентности для источника света в виде светящегося диска приблизительно равна

Отсюда видно, что чем меньше угловой размер источника, тем больше длина пространственной когерентности, и для точечного источника света она равна бесконечности. Т.е. точечный источник является полностью пространственно когерентным

Дата добавления: 2015-01-19 ; просмотров: 6329 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник