Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
1.2. КогерентностьРазличные свойства и характеристики излучения рассмотрены в ряде пособий [2—11], поэтому нет смысла подробно рассматривать их здесь, а целесообразно остановиться только на когерентности, поскольку она является наиболее важной характеристикой излучения ОКГ. Когерентность — это пространственная и временная корреляция отдельных электромагнитных колебаний по частоте и фазе. Когерентным излучением называется излучение, частота и фаза которого в любой точке пространства и в любой момент времени строго определены. Частным случаем когерентного излучения является монохроматическое излучение, происходящее в узком спектральном диапазоне Природа всех обычных источников света (лампы сжигания, накаливания, Солнце и т. д.) одинакова: каждый атом излучает свет различной частоты и в различное время. Излучение атомов носит случайный характер. Излучаемые цуги воли коротки и не связаны друг с другом ни в пространстве, ни во времени. Такое излучение некогереитно. В радиоэлектронике его называют шумом, а излучатели — генераторами шумов. Даже классические источники монохроматического излучения испускают световые волны, отличающиеся друг от друга по частоте и характеризующиеся некоторой шириной спектральной линии. Флюктуации амплитуды и фазы таких волн тем больше, чем менее монохроматично излучение данного источника. Если осветить экран световыми пучками от двух таких источников с некоррелированными флюктуациями, то экран будет освещен равномерно. Такие источники излучения называют некогерентными. Если же флюктуации амплитуды и фазы излучения обоих монохроматических источников скоррелированы, то на экране появятся интерференционные полосы. Такие источники когерентны. Однако в оптическом диапазоне электромагнитных волн интерференционную картину можно получить только от одного точечного источника. Даже от двух точек одного обычного источника при расстоянии между точками, большем длины волны, получить интерференцию невозможно. Интерференционные полосы могут давать только когерентные излучения. Рассмотрим два пучка световых волн с векторами электрического поля
Из электродинамики известно, что в случае плоской монохроматичной волны плотность светового потока (интенсивность 1) пропорциональна
где
где
Отсюда ясио, что при одинаковых интенсивностях пучков
т. е. пучки не интерферируют друг с другом и, следовательно, они некогерентны (рис. 1.3, в). Если фазы пучков не столь идеально совпадают, как на рис. 1.3, а (например, вследствие различных длин цугов волн и, значит, различного времени затухания), интенсивность интерференционных полос изменяется не от 0 до 41, а в более узких пределах (рис. 1.3, б). В этом случае уравнение интерференции имеет следующий вид:
где y — коэффициент, характеризующий степень когерентности, а
Рис. 1.3. Сложение двух пучков спета в зависимости от разности фаз при когерентных Интенсивности интерференционных полос света в максимуме и минимуме равны
Подставляя эти выражения полос максимальной и минимальной интенсивности в выражение контрастности интерференционной картины, получаем
т. е. в случае равных интенсивностей Действительно, для идеально когерентных пучков света, когда
Для некогерентных тучкой света Степень когерентности и ее временные и пространственные характеристики измеряют с помощью интерферометров. Рассмотрим эти характеристики на примере интерферометра Майкельсона (рис. 1.4). Свет от источника
Рис. 1.4. Схема интерферометра Майкельсоиа. складываются на экране. Если разность хода пучков мала (и, следовательно, мала разность фаз), то интерференционные полосы будут четкими т. е. пучки света почти когерентны. Если постепенно увеличивать разность их хода, то контрастность полос будет становиться все меньшей, пока наконец интерференционная картина не исчезнет совсем. Это произойдет тогда, когда разность хода пучков превысит значение
Это объясняется тем, что свет излучается не в виде бесконечных волн, а в виде цугов волн конечной длины, между которыми имеются разрывы.
Рис. 1.5. К определению понятия времени когерентности: а — спектр бесконечного колебания; б — спектр колебания за время При большой разности хода пучков разность фаз цугов волн изменяется хаотично и интерференционная картина исчезает. Если бы
где А — амплитуда, Такое колебание — гармоническое, и ширина спектральной линии, соответствующей ему, должна быть бесконечно узкой (рис. 1.5,а). Если же колебания совершаются в пределах некоторого времени
где А — амплитуда колебания с частотой Согласно теореме Фурье Решая интеграл Фурье в пределах
Спектр частот
где
Степень когерентности и диаметр когерентного пучка излучения реального протяженного источника зависят от размеров источника, расстояния до экрана и длины волны излучения. Эта зависимость согласно теореме Ван Ситтера-Цернике выражается соотношением
где Следовательно, чтобы от реального некогерентного источника получить когерентный пучок света, надо иметь либо точечный источник очень малого размера, либо удалить его на значительное расстояние от точки наблюдения. Например, если в лабораторных условиях пучок света с длиной волны натрия Очевидно, что при выделении когерентного пучка света от обычных источников используется очень малая часть полной излучаемой энергии. Основной особенностью квантового генератора является то, что все его излучение когерентно. Таким образом, можно отметить следующие различия когерентного и некогерентного излучений: (см. скан)
|
1 |
Оглавление
|