Sidusus - Ã ... koherentset valgust lained. ajalise sidusus

Mõtle leviv ruumi. Sidusus - mõõt korrelatsiooni selle etapid, mida mõõdetakse erinevates punktides. Sidusus laine sõltub omadused selle allikas.

Kaks liiki sidusus

Vaatleme lihtsa näite. Kujutage kaks float, tõusude ja veepinnal. Oletame, et laine allikas on ainus pulk, mis harmooniliselt kastetud ja eemaldatud vee purustamine rahulik veepinnal pinnale. Seega on täiuslik korrelatsioon liikumist kahe ujukid. Nad ei saa liikuda üles ja alla just faasis, kui üks läheb üles, teine alla, kuid faasis vahe seisukohti kahe ujukid on ajas muutumatu. Harmooniliselt võnkuva punkti allikas toodab absoluutselt ühtne laine.

Kirjeldades sidusust valguslainete, eristada selle kahte tüüpi - ruumilise ja ajalise.

Sidusus viitab võimele valguse toota interferentsimuster. Kui kaks valguslainete on koondatud ja need ei tekita valdkondades suurenenud ja vähenenud heledus, neid nimetatakse seosetu. Kui nad toodavad "ideaalne" interferentsimuster (selles mõttes täielik destruktiivsete valdkondades), nad on täielikult kooskõlas. Kui kaks lained luua "vähem kui täiuslik" pilt, leitakse, et nad on osaliselt ühtne.

Michelson interferomeeter

Sidusus - nähtus, mis saab kõige paremini aru eksperiment.

In Michelson interferomeetrilised valguse allikas S (mis võib olla ükskõik milline: päike, tähed või laser) peale suunatakse poolläbipaistva peegli M _0, mis moodustab 50% valgusest suunas peegli M ₁ ja edastab 50% ulatuses peegli M _2. Kiir peegeldub igalt peeglid tagasi M _{0 ja} võrdsetes osades peegelduva valguse M ₁ ja M _{2 ühendatakse} ja projitseeritud ekraanile B. Seade saab seadistada muutes kaugusel peegli M ₁ kuni jagaja.

Michelson interferomeeter sisuliselt segab tala hilinemisega versiooni oma. Valgus, mis läbib teel peegli M ₁ peab minema vahemaa kohta 2d rohkem kui valguskiir, mis liigub peegli M _2.

Pikkus ja sidusus aeg

Mis on täheldatud ekraanil? Kui d = 0 saab näha mitmeid väga selgeid interferentsribade. Kui d suurendatakse, bänd muutub nõrgemini: tumedad tsoonid muutuvad heledamaks ja valguse - Valgusregulaatorite. Lõpuks väga suur d, mis ületavad teatud kriitilise väärtuse D, heledate ja tumedate rõngaste kaovad täielikult, jättes ainult hägusust.

Ilmselt valguses välja ei häiri hilinemisega versiooni ennast kui viivitus on piisavalt suur. Kaugus 2D - see on sidusus pikkus: sekkumise mõju on märgatav ainult siis, kui erinevus, kuidas vähem kui see vahemaa. See väärtus on võimalik konverteerida ajal t _c jagatakse see valguse kiirus c: t _c = 2D / c.

Michelson katse mõõdab ajalist järjepidevust silmas pidades laine: võime segada hilinenud versiooni ise. Hästi stabiliseeritud laser t _c = 10 ^-4 s, l _c = 30 km; filtreeritud valguse kuumast t _c = 10 ^-8, l _c = 3 m.

Sidusust ja kellaaeg

Ajaline sidusus - mõõt korrelatsioon faasides valguslainete erinevates punktides piki levimisel suunas.

Oletame allikas väljastab lainepikkusel λ ja λ ± Δλ, mis mingil hetkel ruumi segab vahemaa l _c = λ ² / (2πΔλ). Kui l _c - sidusus pikkus.

Faasi kohta leviv x suunas defineeritakse f = kx - ωt. Kui me arvestame Joonis laineid kosmoses ajahetkel t vahemaa l _c, faasi vahe kahe lainevektorite k ₁ ja _k2, mis on samas faasis x = 0 on võrdne Δφ = l _c (k ₁ - k _2). Kui Δφ = 1 või Δφ ~ 60 °, valgus ei ole enam ühtne. Häired ja difraktsioon on märkimisväärne mõju kontrasti.

seega:

• 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).

Laine läbib ruumi kiirusega c.

Sidusust ajahetkel t _c = l _c / s. Kuna λf = c, siis Δf / f = Δω / ω = Δλ / λ. Me ei saa kirjutada

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

Kui teada lainepikkus või sagedus paljundamine valgusallikas, siis on võimalik välja arvutada l _c ja t _c. On võimalik täita interferentsimuster saadud jagades amplituudiga, näiteks kilega sekkumiseta kui optilise tee vahet on oluliselt suurem kui l _c.

Ajaline sidusus allikas ütleb Must.

Kooskõla ja ruumi

Ruumiline sidusus - mõõt korrelatsioon faasides valguslainete erinevates punktides risti levimise suunast.

Kui kaugusel L monomonokromaatse termilise (lineaarne) allikas, kelle joonmõõtmed suurusjärgus δ, kahe ava asub kaugusel üle d _c = 0,16λL / δ, enam toota äratuntava interferentsimuster. πd _c ^2/4 on ala sidususe allikas.

Kui ajahetkel t vt allikas laius δ, paigutatud risti kaugus L ekraanilt, ekraani saab näha kahte aspekti (P1 ja P2), mille vahele jääb vahemaa d. Elektrivälja P1 ja P2 tähistab superpositsiooni elektrivälju lainete poolt tekitatava kõigis suundades allika, kiirgus, mis ei ole üksteisega ühendatud. Et elektromagnetlaineid väljuv P1 ja P2, luues äratuntavalt interferentsimuster in superpositsiooni P1 ja P2 peaks olema samas faasis.

sidusus seisukorras

Valguslainete poolt kiiratud kaks serva allikas, mingil ajahetkel t on teatud faasi vahe otse kesklinnas kahe punkti vahel. Tala riigist vasakust servast δ punktini P2 edasi d (sinθ) / 2 kaugemal kui tala pealkirja keskusest. Trajektoori tala riigist paremast servast δ juhtida P2, suunab path d (sinθ) / 2 vähem. Erinevus läbitud vahemaa kahe talad on D · sinθ ja esindab faasierinevusest Δf "= 2πd · sinθ / λ. Et kindlustada kaugusel P1 P2 piki lainevalli, saame Δφ = 2Δφ '= 4πd · sinθ / λ. Lained tekitatava kaks serva allikas, on samas faasis P1 ajahetkel t ja on Epätahdissa piirkonnas 4πdsinθ / λ P2. Kuna sinθ ~ δ / (2L), siis Δφ = 2πdδ / (Lλ). Kui Δφ = Δφ ~ 1 või 60 °, valgus ei peeta enam ühtne.

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

Ruumiline sidusus ütles lainefrondi faasi homogeensus.

Hõõglamp on näide seosetu valgusallikas.

Koherentset valgust saab allikas seosetu kiirgusest, kui me visata enamik kiirgust. Esimene ruumiline filtreerimine toimub suurendada ruumilise sidususe ning seejärel spektraalse filtreerimine suuremat ajalist sidusus.

Fourier 'rida

Sinusoidi tasalainest täiesti sidus aja ja ruumi ning selle aja ja sidususpiirkond lõputu. Kõik reaalse lained on laine impulsside kestis piiratud ajavahemik, ja millel lõppu risti nende levimise suunast. Matemaatiliselt neid kirjeldanud perioodilise funktsiooni. Et leida sagedused olemas laine kaunviljad ja määramiseks sidusus pikkus Δω vaja analüüsida mitte-perioodilised funktsioonid.

Vastavalt Fourier analüüsi meelevaldne perioodilise laine võib pidada superpositsioon siinussidusega. Fourier sünteesil tähendab, et superpositsiooni arvukatest siinuselist võimaldab saada suvalise perioodilise lainekuju.

Side statistika

Sidusus teooria võib pidada ühenduse füüsika ja teiste teaduste, sest see on ühinemise tulemusena elektromagnetilise teooria ja statistika, samuti statistiline mehaanika on liidu statistika mehaanikat. Teooria kasutatakse kvantifitseerida omaduste ja mõju juhuslik kõikumine käitumisele valguse väljad.

Tavaliselt ei ole võimalik mõõta kõikumisi laine valdkonnas otse. Individuaalne "tõusud ja mõõnad" nähtavat valgust ei saa tuvastada otseselt või isegi kogenud dokumendid: selle sagedus on umbes ^15. oktoober võnkumiste sekundis. Saad mõõta keskmised.

Application sidususe

Connection füüsika ja teiste teaduste näitena sidusust ei saa jälgida mitmeid rakendusi. Osaliselt sidus väljad on vähem mõjutatud atmosfääri turbulentsi, mis muudab need kasulikud laser side. Neid kasutatakse ka uuringus laser-indutseeritud sünteesireaktsioonid: vähendamist häirivat mõju viib "siluda" toimele tala termonukleaarse sihtmärk. Sidusus kasutatakse eelkõige suuruse määramise ja jaotamise tärni kaksiksüsteemides.

Sidusus valguslainete mängib olulist rolli uuring kvant- ja klassikalise väljad. 2005. Roy J. Glauber sai üks võitjad Nobeli füüsikapreemia oma panuse Kvantteooria optilise sidusust.