КОГЕРЕНТНОСТЬ СВЕТА


КОГЕРЕНТНОСТЬ СВЕТА
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 измеряется степенью взаимной когерентно с-т и (с. в. к.), к-рая определяет контраст интерференционной картины (и. к.) в том или ином интерференц. эксперименте. Напр., в клас-сич. опыте Юнга протяжённый источник света а освещает экран А (рис. 1). Выделяя малыми отверстиями 1 и 2 два участка светового поля, можно исследовать распределение освещённости на удалённом экране В. Интенсивность света I в нек-рой точке Q экрана В в типичном случае квазимонохроматич. источника (ширина спектра 2511-198.jpg мала по сравнению со ср. частотой 2511-199.jpg) даётся выражением

2511-201.jpg

Здесь I1 и I2 - ср. интенсивности в точке Qпри освещении экрана В порознь через отверстия 1 и 2;2511-202.jpg- с. в. к., являющаяся ф-цией расстояния между отверстиями 1 и 2 и разности времени 2511-203.jpg распространения света от точек 1 и 2 до точки Q;2511-204.jpg - постоянная фаза, зависящая от положения отверстий 1 и 2 относительно источника. В частном случае I1=I2 с. в. к. определяется через макс, и соседнее мин. значение интенсивнос-тей в и. к.:

2511-205.jpg

С. в. к. колебаний в двух точках поля может быть вычислена аналитически, если известны спектр излучения, распределение интенсивностей и относит. фазы элементарных излучателей источника света. Это эквивалентно знанию ф-ции корреляции 2511-206.jpg полей 2511-207.jpg в точках 1 и 2, взятых в соответствующие моменты времени. Угл. скобки означают усреднение по времени, звёздочка отмечает сопряжение амплитуды V поля, представленной в комплексной форме. При этом

2511-208.jpg

При пространственно-временном сближении точек 1 и 2 случайные световые поля V1(tV2(t), образованные наложением полей множества элементов источника 2511-209.jpg (в общем случае независимых), становятся всё более подобными и в пределе тождественными, чему соответствует полная взаимная когерентность, т. е. 2511-210.jpg . По мере взаимного удаления точек 1 и 2 корреляция между процессами V1 и V2 падает, т. к. поля элементарных излучателей для точек 1 и 2 суммируются теперь с разл. амплитудами и фазами из-за разности расстояний до этих точек. Различие во временах 2511-211.jpg также приводит к снижению корреляции ввиду конечной ширины спектра излучения. При этом конкретные механизмы потери корреляции могут быть различными. Напр., если излучателями служат идентичные по частоте излучения возбуждённые атомы, то за время 2512-1.jpg часть атомов кончает излучать и начинают излучать другие с новыми независимыми фазами. Это приводит к снижению с. в. к. вплоть до нуля.

2511-200.jpg

Рис.1. Схема опыта Юнга

В случае небольших угл. размеров источника света целесообразно вместо пространственно-временной с. в. к. рассматривать две - пространственную когерентность 2512-2.jpg и временную когерентность 2512-3.jpg с характерными параметрами - площадью когерентности S0 и временем когерентности 2512-4.jpg

2512-7.jpg

Рис. 2. Зависимость степени взаимной корреляции от расстояния r между двумя отверстиями.

Площадь когерентности - площадь S0 на плоскости, нормальной направлению на источник, ограниченная кривой, в пределах к-рой с. в. к. между любыми двумя точками не падает ниже нек-рой заданной величины 2512-5.jpg Для удалённого квазимонохроматич. источника, все элементы к-рого излучают независимо, 2512-6.jpg даётся пространственным преобразованием Фурье от распределения ин-тенсивностей по площади источника. Напр., для источника в виде плоского диска постоянной светимости 2512-8.jpg , где 2512-9.jpg - ф-ция Бесселя первого рода, 2512-10.jpg - ср. длина волны, 2512-11.jpg - угл. размер источника; г - расстояние между точками 1 и 2. График 2512-12.jpg приведён на рис. 2. Площади когерентности при освещении обычными источниками, как правило, очень малы. Напр., в солнечном свете с. в. к. первый раз обращается в нуль уже для точек, удалённых друг от друга на 3-10-3 см, что и определяет трудности наблюдения интерференции в экспериментах типа Юнга. По мере уменьшения угл. размера источника площадь когерентности растёт. На измерении ф-ции 2512-13.jpg основан метод Майкельсона определения диаметра звёзд (см. Интерферометр звёздный). Для лазеров площадь когерентности может перекрывать всё сечение пучка. В этом случае высокая с. в. к. является следствием вынужденного (и тем самым согласованного) характера испускания света частицами его рабочей среды в резонаторе, выделяющем типы колебаний малой угл. расходимости.

Временем когерентности t0 наз. мин. задержка 2512-14.jpg между интерферирующими световыми волнами, снижающая 2512-15.jpg до заданной малой величины, напр. до 0. Зависимость 2512-16.jpg даётся преобразованием Фурье от спектра мощности поля. Для поля с шириной спектра 2512-17.jpg время когерентности 2512-18.jpg. Для разл. источников света 2512-19.jpg меняется в широких пределах. Напр., для солнечного света 2512-20.jpgс, чему соответствует длина когерентности 2512-21.jpg (с - скорость света) порядка доли микрона. Для узких спектральных линий газоразрядных источников света 2512-22.jpg доходит до десятков см. Для одночастотных лазеров 2512-23.jpg может доходить до долей секунды, и соответственно 2512-24.jpg измеряется многими тысячами км. Если световое поле содержит неск. раздельных спектральных линий, то 2512-25.jpg является немонотонно убывающей ф-цией 2512-26.jpg Напр., если спектр состоит из двух линий 2512-27.jpg и 2512-28.jpg, то 2512-29.jpg периодична с периодом 2512-30.jpg . Это характерно для лазерных источников.

Строго говоря, взаимно когерентны только поля, полученные от общего источника. Поля независимых источников некогерентны. Однако поля независимых источников с очень узкими спектральными линиями при наложении обнаруживают интерференцию, если наблюдение производится в течение времени 2512-31.jpg , 2512-32.jpg , где 2512-33.jpg и 2512-34.jpg - ср. частоты полей источников, 2512-35.jpg - большая из ширин линий 2512-36.jpg и 2512-37.jpg. Через промежуток времени порядка 2512-38.jpg или 2512-39.jpg и. к. меняется и при усреднении по интервалу времени 2512-40.jpg2512-41.jpg полностью замывается. Такую нестационарную и. к. можно регистрировать, фотографируя с достаточно малым временем экспозиции, однако чаще наблюдение ведётся с помощью фотоэлектрич. приёмника. При этом интерференция проявляется в виде зависимости от времени сигнала приёмника: при 2512-42.jpg2512-43.jpg сигнал квазипериодичен (световые бие-ния), а при 2512-44.jpg меняется во времени нерегулярно с временем корреляции порядка 2512-45.jpg. Для описания такой нестационарной интерференции можно использовать понятие когерентности, имея при этом в виду в ф-ле (3) усреднение по огранич. интервалу времени 2512-46.jpg

Нестационарная интерференция наблюдается только при достаточно высокой яркости источников света. Критерием является число фотонов в объёме когерентности 2512-47.jpg , к-рое должно быть не слишком малым по сравнению с 1. Практически нестационарная интерференция имеет место только с лазерными источниками. Очень слабые проявления остаточной нестационарной интерференции в полях тепловых источников света наблюдаются в экспериментах по спектроскопии шумов излучения и по корреляции интенсивностей. Для их теоретич. описания помимо рассмотренной К. с. вводится когерентность второго порядка, выражающаяся через ф-ции корреляции уже не полей, а интенсивностей (см. Квантовая оптика, Квантовая когерентность).

Лит.: Г л а у б е р Р., Оптическая когерентность и статистика фотонов, в кн.: Квантовая оптика и квантовая радиофизика, пер. с англ., франц., М., 1966; Франсов М., С л а н-ский С., Когерентность в оптике, пер. с франц., М., 1967; Б о р н М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., 2 изд., М., 1973. Е. Б. Александров.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "КОГЕРЕНТНОСТЬ СВЕТА" в других словарях:

  • когерентность света — šviesos koherentiškumas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. coherence of light vok. Kohärenz des Lichtes, f rus. когерентность света, f pranc. cohérence de la lumière, f …   Fizikos terminų žodynas

  • КОГЕРЕНТНОСТЬ — (от лат. cohaerens находящийся в связи), согласованное протекание во времени и в пр ве неск. колебат. или волн. процессов, проявляющееся при их сложении. Колебания наз. когерентными, если разность их фаз остаётся постоянной (или закономерно… …   Физическая энциклопедия

  • Когерентность — (от латинского cohaerens находящийся в связи)         согласованное протекание во времени нескольких колебательных или волновых процессов, проявляющееся при их сложении. Колебания называются когерентными, если разность их фаз остаётся постоянной… …   Большая советская энциклопедия

  • ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА — пространственное перераспределение энергии светового излучения при наложении двух или неск. световых волн; частный случай общего явления интерференции волн. Нек рые явления И. с. наблюдались ещё И. Ньютоном в 17 в., однако не могли быть им… …   Физическая энциклопедия

  • ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР СВЕТА — источник когерентного оптич. излучения, в к ром энергия мощной световой волны фиксированной частоты преобразуется в излучение более низкой частоты. Процесс преобразования осуществляется в нелинейной среде (в среде с нелинейной поляризацией) и… …   Физическая энциклопедия

  • Поляризация света —         одно из фундаментальных свойств оптического излучения (См. Оптическое излучение) (света), состоящее в неравноправии различных направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу (направлению распространения световой волны). П. с.… …   Большая советская энциклопедия

  • Интерференция света — Интерференция света  опыт Юнга Интерференция света  перераспределение интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких когерентных световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве ма …   Википедия

  • Вынужденное рассеяние света —         рассеяние света в среде, обусловленное изменением движения входящих в её состав микрочастиц (электронов, атомов, молекул), происходящим как под влиянием падающей световой волны, так и самого рассеянного излучения. Различают вынужденное… …   Большая советская энциклопедия

  • Интерференция света —         сложение световых волн, при котором обычно наблюдается характерное пространственное распределение интенсивности света (интерференционная картина) в виде чередующихся светлых и тёмных полос вследствие нарушения принципа сложения… …   Большая советская энциклопедия

  • ВЫНУЖДЕННОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА — рассеяние света в в ве, обусловленное изменением движения входящих в его состав микрочастиц (эл нов, атомов, молекул) под влиянием падающей световой волны очень большой интенсивности и самого рассеянного излучения. Различают: вынужденное… …   Физическая энциклопедия

Книги

Другие книги по запросу «КОГЕРЕНТНОСТЬ СВЕТА» >>