Johdonmukaisuus - ... johdonmukaisen valonsäteet. ajallinen johdonmukaisuus

Tarkastellaan etenevästä avaruudessa. Johdonmukaisuus - mitta korrelaatio sen vaiheet, mitattiin eri pistettä. Johdonmukaisuus aalto riippuu ominaisuuksista sen lähteestä.

Kahdenlaisia johdonmukaisuuden

Tarkastellaan yksinkertaista esimerkkiä. Kuvittele kaksi float, nousee ja laskee veden pinnalla. Oletetaan, että aalto lähde on ainoa kepin harmonisia upotettu ja poistaa vedestä karkaa tyyni pinta veden pintaa. Siten on olemassa täydellinen korrelaatio liikkeitä kaksi kelluu. He eivät voi liikkua ylös ja alas tarkasti vaiheessa, kun yksi nousee, toinen alas, mutta vaihe-ero kannat molemmille kellukkeet on vakio ajoissa. Harmonisesti svängningspunkten lähde tuottaa täysin johdonmukainen aalto.

Kun kuvataan johdonmukaisuutta valonsäteet, erottaa sen kaksi - spatiaalinen ja ajallinen.

Johdonmukaisuus viittaa valon kykyyn tuottaa interferenssikuvion. Jos kaksi valonsäteet saatetaan yhteen, ja ne eivät luo alueita lisätä ja vähentää kirkkautta, niitä kutsutaan epäyhtenäinen. Jos ne tuottavat "ihanteellinen" interferenssikuvion (siinä mielessä, että täydellinen destruktiivinen interferenssi alueet), ne ovat täysin yhteensopivia. Jos kaksi aaltoa luoda "vähemmän kuin täydellinen" kuva, katsotaan, että ne ovat osittain johdonmukaisia.

Michelson interferometri

Johdonmukaisuus - ilmiö, joka on parhaiten selittää kokeilu.

On Michelson-interferometri valon lähteen S (joka voi olla mikä tahansa: aurinko, tähdet, tai laser) suunnataan puoliläpäisevän peilin M _0, joka edustaa 50% valosta kohti peili M ₁ ja lähettää 50% kohti peili M _2. Säde heijastuu kustakin peilien takaisin M _0, ja yhtä suureen osaan heijastuvan valon M ₁ ja M _{2 yhdistetään} ja heijastetaan näytön B. Laite voidaan konfiguroida muuttamalla etäisyyttä peilistä M ₁ säteenjakajan.

Michelson interferometri lähinnä sekoittaa palkin aikaviivästetyn versio oman. Valo, joka kulkee matkalla peili M ₁ on mennä etäisyys on 2d enemmän kuin palkki, joka liikkuu peili M _2.

Pituus ja yhtenäisyyden aika

Mitä havaitaan ruudulla? Kun d = 0 voidaan nähdä useita erittäin selkeä interferenssikuvioiden. Kun d kasvatetaan, bändi tulee vähäisempää: tummia alueita kirkastuneet, ja valo - himmennin. Lopuksi erittäin suurten d, ylittää tietyn kriittisen arvon D, valon ja pimeyden renkaat katoavat kokonaan, jättäen vain hämärtää.

On selvää, valo kenttä ei voi häiritä aikaviivästetyn version itsestään, kun viive on riittävän suuri. Etäisyys 2D - se on johdonmukaisuus pituus: häiriön vaikutukset ovat havaittavissa vasta kun ero siinä, miten tätä pienempi etäisyys. Tämä arvo voidaan muuntaa aikana t _c sen jako valon nopeudella c: t _c = 2D / c.

Michelson kokeilu mittaa ajallinen johdonmukaisuus valon aallon: sen kyvystä häiritä viivästettyyn versioon itse. Hyvin stabiloidut laserit t _c = 10 ^-4 s, l _c = 30 km; suodatettua valoa lämpöä t _c = 10 ^-8, l _c = 3 m.

Johdonmukaisuutta ja aika

Ajallinen johdonmukaisuus - mitta korrelaatio vaiheiden valonsäteet eri kohdissa etenemissuuntaa pitkin.

Oletetaan emittoi aallonpituudella À ja À ± AA,, joka jossain vaiheessa avaruudessa häiritse etäisyydellä l _c = À ² / (2πΔλ). Jossa l _c - koherenssipituuden.

Vaiheen etenevän aallon x-suunnassa määritellään f = kx - wt. Jos ajatellaan kuviossa aaltoja avaruudessa ajankohtana t etäisyydellä l _c, vaihe-ero näiden kahden aaltovektorien k ₁ ja _k2, jotka ovat vaiheessa x = 0 on yhtä suuri kuin Δφ = l _c (k ₁ - k _2). Kun Δφ = 1, tai Δφ ~ 60 °, valo ei ole enää yhtenäinen. Interferenssi ja diffraktio on merkittävä vaikutus kontrastia.

näin:

• 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).

Aalto kulkee tilan läpi nopeudella c.

Koherenssiaika t _c = l _c / s. Koska Xf = c, Af / f = Δω / ω = Δλ / λ. Voimme kirjoittaa

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

Jos tunnetulla aallonpituudella tai taajuudella etenemisen valonlähteen, on mahdollista laskea l _c ja t _c. On mahdotonta havaita interferenssikuviota saadaan jakamalla amplitudi, kuten ohutkalvointerferenssilaite, jos optisen reitin ero on merkittävästi suurempi kuin l _c.

Ajallinen johdonmukaisuus lähde sanoo musta.

Johdonmukaisuus ja avaruus

Koherenttisuudesta - mitta korrelaatio vaiheiden valonsäteet eri kohdissa poikittain etenemissuuntaan.

Kun etäisyys L päässä monokromaattista lämpö (lineaarinen) lähde, jonka lineaariset mitat suuruusluokkaa δ, kaksi lähtö sijaitsee etäisyyden suurempi kuin d _c = 0,16λL / δ, ei enää tuottamaan tunnistettavissa interferenssikuvion. πd _C ^2/4 on alue yhtenäisyyden lähde.

Jos ajankohtana t nähdä lähde leveys δ, on sijoitettu kohtisuoraan etäisyydellä L näytön, näyttö voi nähdä kaksi pistettä (P1 ja P2), jotka on erotettu etäisyydellä d. Sähkökenttä P1 ja P2 edustaa päällekkäisyys sähkökenttien aaltoja kaikki kohdat lähde, säteilyä, joka ei ole kytketty toisiinsa. Että sähkömagneettiset aallot poistuvan P1 ja P2, luoda tunnistettavissa interferenssikuvion päällekkäisyys P1 ja P2 pitäisi olla samassa vaiheessa.

johdonmukaisuus kunnossa

Valonsäteet säteilemä molemmat reunat lähde, jossain vaiheessa ajan t on tietty vaihe-ero suoraan keskelle kahden pisteen välillä. Säteen tulevat vasemmasta reunasta δ pisteeseen P2 siirtää d (sinθ) / 2 kauempana kuin palkin menossa keskelle. Liikeradan säde peräisin oikeasta reunasta δ kohtaan P2, kulkee polkua d (sinθ) / 2 pienempi. Ero kulkema matka kahden palkit on d · sinθ ja edustaa vaihe-eron Af '= 2πd · sinθ / λ. On etäisyys P1 P2 pitkin aalto edessä, saadaan Δφ = 2Δφ '= 4πd · sinθ / λ. Aallot synnyttämä molemmat reunat lähde, ovat samassa vaiheessa P1 hetkellä t ja ovat epätahdissa alueella 4πdsinθ / λ P2. Koska sinθ ~ δ / (2L), sitten Δφ = 2πdδ / (Lλ). Kun Δφ = Δφ ~ 1 tai 60 °, valo ei enää pidetä johdonmukaista.

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

Spatiaalisen yhtenäisyyden mainitun aaltorintaman vaiheen homogeenisuus.

Hehkulamppu on esimerkki epäkoherentin valon lähde.

Koherenttia valoa voidaan saada lähde epäjohdonmukainen säteilyn, jos me hävitä suurin osa säteilystä. Suoritetaan ensimmäinen tilallinen suodatus suoritetaan lisätä spatiaalisen yhtenäisyyden, ja sitten spektrinen suodatus suurempia ajallista johdonmukaisuutta.

Fourier-sarja

Sinimuotoinen tasoaalto täysin johdonmukainen tilassa ja ajassa, ja sen ajan pituus ja yhtenäisyyden alue loputon. Kaikki todelliset aallot ovat aalto pulsseja kestävät määrätty aikaväli, ja jossa on pää kohtisuoraan niiden etenemissuunta. Matemaattisesti, ne kuvataan jaksollinen funktio. Löytää taajuudet läsnä aalto pulssien ja määrittämiseksi koherenssipituus Δω täytyy analysoida epäsäännöllisesti toimintoja.

Mukaan Fourier-analyysin, mielivaltainen määräajoin aalto voidaan pitää superpositio siniaaltoja. Fourier-synteesin tarkoittaa, että päällekkäisyys useita siniaaltoja voidaan saada mielivaltainen jaksollinen aaltomuoto.

viestintä tilastot

Johdonmukaisuutta teoriaa voidaan pitää yhteyden fysiikan ja muiden tieteiden, koska se on seurausta yhdistämällä sähkömagneettisen teorian ja tilastot sekä tilastollinen mekaniikka on unionin tilastojen mekaniikka. Teoria käytetään määrällisesti ominaisuuksia ja vaikutuksia satunnaisvaihtelualueen käyttäytymisestä valokenttien.

Yleensä se on mahdotonta mitata vaihtelut aaltokenttään suoraan. Yksilö "ylä-ja alamäkiä" näkyvä valo ei voi havaita suoraan, tai jopa hienostunut välineitä: sen taajuus on noin ^15. lokakuuta heilahdusta sekunnissa. Voit mitata keskiarvoja.

Soveltaminen johdonmukaisuuden

Yhteys fysiikan ja muiden tieteiden esimerkkinä johdonmukaisuutta voidaan jäljittää useissa sovelluksissa. Osittain johdonmukainen kentät on vähemmän vaikutusta ilmakehän turbulenssi, mikä tekee niistä hyödyllisiä laser viestinnän. Niitä käytetään myös tutkimuksessa laserindusoidun fuusioreaktioita: vähennys häiriön vaikutukset johtavat "tasoittaa" toiminnan palkin termonukleaarisen kohde. Johdonmukaisuutta käytetään erityisesti määrittää koon ja jakamista tähti binary järjestelmiä.

Johdonmukaisuus valonsäteet tärkeä rooli tutkimuksessa kvantti ja klassisen aloilla. Vuonna 2005 Roy J. Glauber tuli yksi Nobelin fysiikan palkinnon hänen panoksensa quantum theory optisen yhtenäisyyden.