тимчасова когерентність

тимчасова когерентність

Основні труднощі в спостереженні інтерференції світла полягає в отриманні когерентних хвиль.

Когерентність — узгоджене перебіг у часі і в просторі декількох коливальних або хвильових процесів, що дозволяють отримувати при їх складанні чітку інтерференційну картину.

Існування інтерференційної картини є прямим наслідком принципу суперпозиції гармонійних коливань і хвиль. Для цього необхідно розділити світло, випромінювань кожним атомом джерела, на дві або більше груп хвиль, які будуть когерентні, тобто мають однакову частоту, постійну різницю фаз і однаково поляризовані. Надалі результат інтерференції буде залежати від величини різниці фаз, т. Е. Буде спостерігатися посилення або ослаблення світла в точці спостереження. Тому не можна спостерігати інтерференцію від двох незалежних джерел світла. Це пов’язано з природою самого випромінювання світла. Наприклад, випромінювання світла атомом, молекулою, іоном відбувається при переході їх з одного порушеної стані в інше. Тривалість процесу випромінювання кванта енергії атомом становить t »10 — 8 с. За цей час атом випускає хвильової цуг (Імпульс хвилі, обмежений в часі синусоїдальний сигнал, що переміщається в часі як єдине ціле), рис. 1, а, б. Протяжність цуга хвилі становить від одного до десяти метрів, де або, хвильове число k =, Dw = з × Dk, т. Е. >9gt; 1.

Отже, цуг випущеної хвилі атомом за час t, тим ближче за своїми властивостями до монохроматичної хвилі з циклічною частотою w0 (В вакуумі) і хвильовим числом k0. чим більше час його випромінювання.

Для видимого світла w0 »10. 15 с — 1. Світло іспущенний будь-яким макроскопічними джерелом, є не монохроматичності, так як складається з величезної кількості швидко змінюють один одного цугов, початкові фази яких змінюються хаотично, а значення циклічних частот w0 різні в порівнянні з частотою коливання цих цугов. Для характеристики когерентності світлових хвиль вводяться тимчасова когерентність .

Когерентність коливань, що здійснюються в одній і тій же точці простору, але в різні моменти часу, називають тимчасовою когерентністю.

Проміжок часу, протягом якого випадкове зміна фази хвилі досягає порядку p, називають часом когерентності tко.

Після закінчення часу tко коливання, або хвиля, ніби забуває свою фазу і стає некогерентного. Якщо середня тривалість испущенного цуга дорівнює часу когерентності tко і відмінна від середнього часу життя атома в збудженому стані (tко < 10 — 8 c для спонтанного випромінювання), то tко тим менше, чим ширше спектр розглянутих частот немонохроматичного світла. Для видимого світла час когерентності tко »10 — 14 с, довжина когерентності» 10 — 7 м. У дійсності інтерференцію важко спостерігати через ефекту Доплера. через розширення енергетичних рівнів та інших причин. При більш високого ступеня монохроматичности випромінювання лазерів час когерентності tко »10 — 5 с, довжина когерентності для лазерів» 10 3 м. Довжині когерентності відповідає максимальний порядок інтерференції

Для теплових джерел випромінювання dn »10. 8 Гц, а в разі лазерів (газових) dn »10. 2 Гц. Відповідне їм час когерентності tко »10 -8 с і tко »10 — 2 с, а довжини когерентності »1 м і» 10. 6 м.

Висновок: Спостерігати інтерференцію світла в реальних умовах можна тільки при оптичної різниці ходу, меншої довжини когерентності.

В даний час когерентні явища набувають глобального характеру, які використовуються при вивченні властивостей випромінювання і речовин: кристалів, рідин, газів, молекул, атомів, ядер, елементарних частинок і т. Д. Вивчення когерентних властивостей речовини почалося з явища надпровідності.

При певних умовах (низькі температури) вся сукупність електронів, що утворюють єдине стан, характеризується електронної впорядкованістю і фазової когерентністю.

Всі електронні пари мають в даному сверхпроводнике однакову фазу.

Когерентними властивостями речовини визначається явище надплинності. При тисках більше 30 атм відбувається когерентна кристалізація рідкого гелію. Фазові співвідношення і когерентність грають важливу роль в ефекти Джозефсона, Гана та ін.

  • Поняття просторової і часової когерентності хвиль


  • когерентність — узгодженість декількох коливальних або хвильових процесів в часі, що виявляється при їх складанні. Коливання когерентні, якщо різниця їх фаз постійна в часі і при складанні коливань виходить коливання тієї ж частоти.
    Приклад двох когерентних коливань — це два синусоїдальних коливання однакової частоти.
    Когерентність хвилі означає, що в різних точках хвилі осциляції відбуваються синхронно, тобто різницю фаз між двома точками не залежить від часу. Відсутність когерентності, отже — ситуація, коли різниця фаз між двома точками не постійна, а змінюється з часом. Така ситуація може мати місце, якщо хвиля була згенерована не єдина випромінювачем, а сукупністю однакових, але незалежних випромінювачів.
    Вивчення когерентності світлових хвиль призводить до понять часової і просторової когерентності.
    1. Тимчасова когерентність.
    Якщо різниця фаз двох коливань змінюється дуже повільно, то кажуть, що коливання залишаються когерентними протягом деякого часу Tcoh . Це час Tcoh називають часом когерентності.
    Можна порівняти фази одного і того ж коливання в різні моменти часу t1 і t2, розділені інтервалом Tcoh . Якщо негармонійність коливання проявляється в безладному, випадковій зміні в часі його фази, то при досить великому T coh зміна фази коливання може відхилитися від гармонійного закону. Для опису подібних процесів (а також процесів випромінювання, кінцевої тривалості) вводять поняття цуг хвиль — "отрезок9quot; монохроматичної хвилі, кінцевої довжини. тривалість цуга Tcoh . і буде часом когерентності, а довжина lcoh=CTcoh — довжиною когерентності (c — швидкість поширення хвилі). Після закінчення одного гармонійного цуга він як би замінюється іншим з тією ж частотою, але ін. Фазою. Таким чином, монохроматические хвилі в фізиці є вельми корисною математичною абстракцією, що дозволяє досконально вивчити основні властивості електромагнітних хвиль.
    2. Просторова когерентність.

    поняття просторової когерентності введено для пояснення явища інтерференції (на екрані) від двох різних джерел.

    Так при певній відстані від джерел різницю оптичного ходу буде такою, що фази двох хвиль будуть відрізнятися на π. В результаті цього приходять хвилі від різних частин джерела в центр екрану будуть зменшувати значення потужності в порівнянні з максимальним, яке мало б місце, якби всі хвилі мали однакову фазу.

    просторова когерентність — когерентність коливань, які відбуваються в один і той же момент часу в різних точках площини, перпендикулярної напрямку поширення хвилі.

    Фаза коливань в якій-небудь певній точці простору зберігається лише протягом часу когерентності τcoh . За цей час хвиля пошириться на відстань lcoh= vτcoh . Таким чином коливання в точках, віддалених одна від одної на відстань lcoh, вздовж напрямку поширення хвилі, виявляються некогерентними. відстань lcoh вздовж напрямку поширення плоскої хвилі на якому випадкові зміни фази коливань досягають величини, порівнянної з π, називають довжиною когерентності, або довжиною цуга.

    Тимчасова когерентність це:

    Поняття тимчасової когерентності можна пов’язати з контрастом інтерференційної картини, що спостерігається в результаті інтерференції двох хвиль, що виходять з однієї і тієї ж точки поперечного перерізу пучка (отриманих шляхом розподілу амплітуд). Тимчасова когерентність хвилі характеризує збереження взаємної когерентності при тимчасовому відставанні одного з таких променів по відношенню до іншого. При цьому мірою часової когерентності служить час когерентності — максимально можливий час відставання одного променя по відношенню до іншого, при якому їх взаємна когерентність ще зберігається. Тимчасова когерентність визначається ступенем монохроматичности.

    Часовий аспект когерентності має виключно важливе значення при розгляді явищ взаємодії електромагнітних хвиль з огляду на те, що в строгому сенсі на практиці монохроматичних хвиль і хвиль з абсолютно однаковими частотами не існує через статистичного характеру випромінювання електромагнітних хвиль. Монохроматичні хвилі являють собою нескінченний за тривалістю і локалізації просторово-часовий процес, що очевидно неможливо з точки зору припущень про кінцівки енергії джерел електромагнітних хвиль, а з огляду на кінцевого часу випромінювання, його спектр також має ненульову ширину.

    Якщо різниця фаз двох коливань змінюється дуже повільно, то кажуть, що коливання залишаються когерентними протягом деякого часу тимчасова когерентність. Це час тимчасова когерентність називають часом когерентності.

    Можна порівняти фази одного і того ж коливання в різні моменти часу тимчасова когерентність і тимчасова когерентність, розділені інтервалом тимчасова когерентність. Якщо негармонійність коливання проявляється в безладному, випадковій зміні в часі його фази, то при досить великому тимчасова когерентність зміна фази коливання може відхилитися від гармонійного закону. Це означає, що через певний час когерентності тимчасова когерентність гармонійнеколивання «забуває» свою первинну фазу і стає некогерентним «саме собі».

    Для опису подібних процесів (а також процесів випромінювання, кінцевої тривалості) вводять поняття цуг хвиль — «відрізок» монохроматичної хвилі. кінцевої довжини. тривалість цуга тимчасова когерентність і буде часом когерентності, а довжина тимчасова когерентність — довжиною когерентності ( тимчасова когерентність — швидкість поширення хвилі). Після закінчення одного гармонійного цуга він як би замінюється іншим з тією ж частотою, але інший фазою.

    На практиці монохроматические хвилі представляються у вигляді цугов кінцевої тривалості за часом. що представляють собою гармонійні в часі функції, обмежені в часі і просторі.

    тимчасова когерентність

    Дивитися що таке «Тимчасова когерентність» в інших словниках:

    тимчасова когерентність — laikinis koherentiškumas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. time coherence vok. Zeitkohärenz, f rus. тимчасова когерентність, f pranc. cohérence temporelle, f … Fizikos terminų žodynas

    просторова когерентність — когерентність коливань, які відбуваються в один і той же момент часу в різних точках площини, перпендикулярної напрямку поширення хвилі. Поняття просторової когерентності введено … … Вікіпедія

    ІНТЕРФЕРЕНЦІЯ СВІТЛА — просторове перерозподіл енергії світлового випромінювання при накладенні двох або неск. світлових хвиль; окремий випадок загального явища інтерференції хвиль. Нек риє явища І. с. спостерігалися ще І. Ньютоном в 17 ст. однак не могли бути їм … … Фізична енциклопедія

    ГОЛОГРАФІЯ — (від грец. Holos весь, повний і grapho пишу), спосіб запису і відновлення хвиль. поля, заснований на реєстрації інтерференція. картини, до раю утворена хвилею, відображеної предметом, висвітлюються джерелом світла (п р е д м е т н а я хвиля), і … … Фізична енциклопедія

    Лазери надкоротких імпульсів — Лазери надкоротких (гранично коротких) імпульсів, лазери УКІ (ПКІ), Фемтосекундний лазери оптичні квантові генератори, здатні генерувати імпульси лазерного випромінювання. У загальному випадку ультракороткими лазерними імпульсами можуть … … Вікіпедія

    Sweep and prune — (рус. Знайти і обрізати) назва алгоритму в фізичних симуляції, який застосовується в задачах виявлення зіткнень для зменшення кількості пар суцільних тіл (англ. Solid), які потрібно перевірити на зіткнення, тобто на … … Вікіпедія

    Zeitkohärenz — laikinis koherentiškumas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. time coherence vok. Zeitkohärenz, f rus. тимчасова когерентність, f pranc. cohérence temporelle, f … Fizikos terminų žodynas

    cohérence temporelle — laikinis koherentiškumas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. time coherence vok. Zeitkohärenz, f rus. тимчасова когерентність, f pranc. cohérence temporelle, f … Fizikos terminų žodynas

    laikinis koherentiškumas — statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. time coherence vok. Zeitkohärenz, f rus. тимчасова когерентність, f pranc. cohérence temporelle, f … Fizikos terminų žodynas

    time coherence — laikinis koherentiškumas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. time coherence vok. Zeitkohärenz, f rus. тимчасова когерентність, f pranc. cohérence temporelle, f … Fizikos terminų žodynas

    • Стійки під акустику Dali. DALI (Danish Audiophile Loudspeaker Industry) — датська компанія, що випускає аудіо компоненти преміум класу. Вона заснована в 1983 році. Виробничі потужності (фабрика, лабораторія, склад) … Детальніше Купити за 9990 руб
    • Стійки під акустику Dali. DALI (Danish Audiophile Loudspeaker Industry) — датська компанія, що випускає аудіо компоненти преміум класу. Вона заснована в 1983 році. Виробничі потужності (фабрика, лабораторія, склад) … Детальніше Купити за 9990 руб
    • Введення в статистичну радіофізику і оптику. С. А. Ахманов, Ю. Є. Дьяков, А. С. Чиркин. Видання 1981 року. Збереження хороша. У книзі викладені основи теорії статистичних явищ в коливальних і хвильових процесах. На відміну від традиційних курсовстатістіческой радіофізики, … Детальніше Купити за 710 руб

    тимчасова когерентність

    поняття часової когерентності можна пов’язати з контрастом інтерференційної картини. спостерігається в результаті інтерференції двох хвиль, що виходять з однієї і тієї ж точки поперечного перерізу пучка (отриманих шляхом розподілу амплітуд). Тимчасова когерентність хвилі характеризує збереження взаємної когерентності при тимчасовому відставанні одного з таких променів по відношенню до іншого. При цьому мірою часової когерентності служить час когерентності — максимально можливий час відставання одного променя по відношенню до іншого, при якому їх взаємна когерентність ще зберігається. Тимчасова когерентність визначається ступенем монохроматичности.

    Часовий аспект когерентності має виключно важливе значення при розгляді явищ взаємодії електромагнітних хвиль з огляду на те, що в строгому сенсі на практиці монохроматичних хвиль і хвиль з абсолютно однаковими частотами не існує через статистичного характеру випромінювання електромагнітних хвиль. Монохроматичні хвилі являють собою нескінченний за тривалістю і локалізації просторово-часовий процес, що очевидно неможливо з точки зору припущень про кінцівки енергії джерел електромагнітних хвиль, а з огляду на кінцевого часу випромінювання, його спектр також має ненульову ширину.

    Якщо різниця фаз двох коливань змінюється дуже повільно, то кажуть, що коливання залишаються когерентними протягом деякого часу τ c o h <\displaystyle \tau _>. Це час τ c o h <\displaystyle \tau _> називають часом когерентності .

    Можна порівняти фази одного і того ж коливання в різні моменти часу t 1 <\displaystyle t_<1>> І t 2 <\displaystyle t_<2>>. розділені інтервалом τ c o h <\displaystyle \tau _>. Якщо негармонійність коливання проявляється в безладному, випадковій зміні в часі його фази, то при досить великому τ c o h <\displaystyle \tau _> Зміна фази коливання може відхилитися від гармонійного закону. Це означає, що через певний час когерентності τ c o h <\displaystyle \tau _> Гармонійнеколивання «забуває» свою первинну фазу і стає некогерентним «саме собі».

    Для опису подібних процесів (а також процесів випромінювання. Кінцевої тривалості) вводять поняття цуг хвиль — «відрізок» монохроматичної хвилі. кінцевої довжини. Тривалість цуга τ c o h <\displaystyle \tau _> І буде часом когерентності, а довжина l c o h = c τ c o h <\displaystyle l_= C \ tau _> — довжиною когерентності (c <\displaystyle c> — швидкість поширення хвилі). Після закінчення одного гармонійного цуга він як би замінюється іншим з тією ж частотою, але інший фазою.

    На практиці монохроматические хвилі представляються у вигляді цугов кінцевої тривалості за часом. що представляють собою гармонійні в часі функції, обмежені в часі і просторі.

    / Part1 / 3942 (3-1) / Просторова і тимчасова когерентність

    Тимчасова і просторова когерентність електромагнітних (світлових) хвиль

    Важливою властивістю двох одночасно протікаючих хвильових процесів є їх когерентність.

    За визначенням когерентністю двох хвильових процесів називається їх узгоджене перебіг. Відповідно до цього визначення дві монохроматичні хвилі однієї частоти завжди будуть когерентними. Інший приклад когерентних хвиль представлений на рис. 4.4, що зображає дві хвилі від одного джерела монохроматичних коливань. одна з яких від джерела поширюється в точку спостереження за прямим шляху, а друга після відображення від кордону розділу. Узгодженість коливань двох хвиль у точці спостереження обумовлена ​​тим, що вони випромінюються одним джерелом. Якщо помістити на шляху поширення цих хвиль екран, то на ньому, при певних умовах про які буде сказано нижче, буде можна спостерігати інтерференційну картину, яка буде представляти собою чергування темних і світлих смуг.

    тимчасова когерентність

    Отже, узгодженість протікання двох хвильових процесів зв’язується з можливістю спостерігати їх интерференционную картину хвиль, випромінюваних їх джерелами. З іншого боку, як ми встановили вище, при спостереженні інтерференції в кожній точці екрану, за допомогою якого вона спостерігається, різниця фаз повинна мати певне значення і не мінятися з часом. Припустимо, що різниця фаз коливань интерферирующих джерел хвиль змінюється з часом. Для визначеності будемо вважати, що вона збільшується пропорційно часу. Тоді в точці екрану, де в якийсь момент часу спостерігався інтерференційний максимум, з часів різниця фаз змінить своє значення за деякий проміжок часу і в цій точці виявиться виконаним умова мінімуму інтерференційної картини. В результаті залежності різниці фаз коливань интерферирующих джерел від часу їх інтерференційна картина буде змінюватися в часі, т. Е. Буде стабільною. Це може ускладнити спостереження інтерференції хвиль джерел, а в ряді випадків спостереження інтерференції взагалі може стати неможливим.

    Таким чином, два хвильових процесу називаються когерентними, якщо середня різниця їх повних фаз тимчасова когерентністьв точці спостереження тимчасова когерентністьз координатами тимчасова когерентністьне залежить від часу спостереження тимчасова когерентність:

    тимчасова когерентність,

    де тимчасова когерентність— відповідно повні фази першої та другої хвилі; риса над різницею фаз означає її середнє значення за часом, для визначення якої може бути використана формула(1.31) .

    Відповідно до цього визначення дві монохроматичні електромагнітні хвилі є когерентними. Дійсно, розглянемо для простоти дві плоскі однаково поляризовані монохроматические електромагнітні хвилі одою частоти тимчасова когерентність, поширюються уздовж осі тимчасова когерентністьобраної системи координат тимчасова когерентністьз коливаннями уздовж осі тимчасова когерентністьвекторів напруженості електричного поля тимчасова когерентністьі тимчасова когерентність, описуваних наступними виразами:

    тимчасова когерентність

    Аналогічно, визначаючи різницю повних фаз тимчасова когерентність

    тимчасова когерентність,

    переконуємося, що її середнє значення не залежить від часу, як і вище, але на відміну від попереднього випадку з’являється залежність від координат точки спостереження, що задаються вектором тимчасова когерентність.

    Звідси випливає висновок, що розглянуті хвилі є когерентними.

    Тимчасова когерентність електромагнітних (світлових) хвиль.

    Необхідно відзначити, що когерентність двох електромагнітних полів визначає незалежність середньої різниці їх повних фаз від часу. З цієї причини відзначається роль часу у визначенні когерентності і її відповідно з цією обставиною називають тимчасовою когерентністю.

    Часовий аспект когерентності має виключно важливе значення при розгляді явищ взаємодії електромагнітних хвиль з огляду на те, що, по-перше, в строгому сенсі на практиці монохроматичних хвиль з абсолютно однаковими частотами не існує через статистичного аспекту випромінювання електромагнітних хвиль. По-друге, монохроматические хвилі являють собою відповідно до визначення нескінченний за тривалістю і локалізації просторово-часовий процес, що очевидно неможливо з точки зору припущень про кінцівки енергії джерел електромагнітних хвиль.

    Таким чином, монохроматические хвилі в фізиці є вельми корисною математичною абстракцією, що дозволяє досконально вивчити основні властивості електромагнітних хвиль. На практиці монохроматические хвилі представляються у вигляді цугов кінцевої тривалості за часом (рис. 4.6), що представляють собою гармонійні в часі функції, обмежені в часі і просторі про що говорилося вище.

    тимчасова когерентність

    У зв’язку з цією обставиною розглядається час когерентності. Час когерентності враховує той факт, що реально середня різниця фаз може залежати від часу. Оскільки когерентність двох хвиль зв’язується з можливістю спостереження інтерференційної картини, то під часом когерентності розуміється час, протягом якого інтерференційна картина цих хвиль може спостерігатися. Звичайно, можливість спостереження інтерференційної картини є суб’єктивним фактором. Однак, вище ми розглянули поняття видности інтерференційної картини (4.5). Видність інтерференційної картини відмінна від нуля при розходженні інтенсивностей її максимумів і мінімумів. Чим більше ця різниця, тим краще видно інтерференційна картина. Інтерференційна картина не видно, коли інтенсивність її максимумів збігається з інтенсивністю мінімумів. При цьому інтерференційна картина як би ‘руйнується’. Спрощено це можна уявити за допомогою накладення максимумів однієї інтерференційної картини на мінімуми інший (рис. 4.7). Поява другої інтерференційної картини випливає з того факту, що спостерігається інтерференція двох цугов хвиль, кожен з яких в залежності від тривалості цуга можна представити у вигляді суперпозиції тієї чи іншої кількості плоских електромагнітних хвиль. З цієї причини на екрані спостерігається одночасно інтерференція всіляких пар монохроматичних складових цугов хвиль. Для спрощення якісних міркувань розглядається тільки одна з можливих пар монохроматичних складових для розуміння ефекту руйнування інтерференційної картини.

    тимчасова когерентність

    Виходячи з цих міркувань визначимо час, протягом якого середня різниця повних фаз двох цугов електромагнітних хвиль може змінитися від свого значення характерного для максимуму інтерференційної картини до значення, при якому формується мінімум. Це еквівалентно розглянутої вище ситуації руйнування інтерференційної картини, коли максимуми однієї інтерференційної картини як би накладаються на мінімуми інший інтерференційної картини різних пар монохроматичних складових цуга хвиль. З властивостей інтерференційної картини двох точкових джерел однакової інтенсивності слід, що умовна межа, що розділяє область максимумів і мінімумів їх інтерференційної картини, є безлічі точок в просторі, де різниця повної фази интерферирующих хвиль дорівнює (радіан.

    Відповідно до цього визначається час когерентності тимчасова когерентністьвиходячи з умови:

    тимчасова когерентність,

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *