Tutarlılık - Bir ... tutarlı ışık dalgaları. zamansal tutarlılık

uzayda bir dalganın düşünün. Tutarlılık - farklı noktalarda ölçülen fazlar arasında bir korelasyon ölçüsü. Tutarlılık dalgası kaynağının özelliklerine bağlıdır.

ahenk iki tip

Bunu basit bir örnekle ele alalım. Yükselen ve su yüzeyine düşen, iki şamandıra düşünün. dalga kaynağı armonik daldırılır ve su yüzeyi sakin çatlatabilir su içerisinden temizlenmesi sadece çubuk olduğu varsayılmaktadır. Böylece iki yüzen hareketler arasında mükemmel bir ilişki vardır. Onlar yukarı hareket edemez ve aşağı kesin aşamasında, bir yukarı çıktığında, diğer aşağı, ancak iki yüzen pozisyonları arasındaki faz farkı zaman içinde sabittir. Dengeli salınımlı bir nokta kaynağı kesinlikle üreten koherent dalga.

ışık dalgalarının tutarlılığı tarif edilirken, onun iki tür ayırt - mekansal ve zamansal.

Tutarlılık üretmek için ışığın yeteneğini ifade eder bir girişim deseni. İki ışık dalgaları araya getirilir ve bunlar artan alanları oluşturmaz ve parlaklık azalmış, onlar tutarsız denir. bunlar (tam bozulum sağlayan müdahale alanlarında anlamında) "ideal" girişim deseni oluşturmak için, tam olarak uyumludur. İki dalga resimde "mükemmel daha az" oluşturursanız, bunlar kısmen tutarlı olduğu düşünülmektedir.

Michelson interferometresi

Tutarlılık - iyi bir deney ile açıklanabilir bir fenomen.

Ayna M ₁ doğru ışık% 50'sini oluşturur ve ayna _M2 doğru% 50 aktaran bir yarı saydam ayna M _0, üzerine yöneliktir: Michelson (güneş, yıldızlar, veya lazer herhangi biri olabilir) kaynak S'den ışık _{interferometresi.} kiriş geri M ₀ aynalardan her yansıyan _ve ışığın eşit parçaya M ₁ yansıyan ve M, ₂ Cihaz ışın ayırıcı ayna M ₁ mesafeyi değiştirerek konfigüre edilebilir bir ekranda B üzerine birleştirilir ve tahmin _edilmektedir edilir.

Michelson interferometresi esasen kendi zaman-gecikmeli sürümü ile ışınını karıştırır. Ayna M ₁ yolunda geçen ışık fazla ayna M ₂ hareket eden bir kirişin daha 2d mesafe gitmek _zorundadır.

uzunluk ve tutarlılık zamanı

Ne ekranda görülmektedir? = D zaman 0 çok açık bir müdahale saçaklar bir dizi görülebilir. d arttığında, bant daha az belirgin hale gelir: Karanlık alanlar daha parlak hale gelir ve hafif - sönük. Son olarak, çok büyük bir D, D, belirli bir kritik değeri aşan, açık ve koyu halkaların tek bir bulanıklık bırakarak tamamen kaybolur.

Zaman gecikmesi yeterince büyük olduğunda Açıkçası, ışık alan kendisinin zaman gecikmeli sürümü ile müdahale edemez. Mesafe 2D - bu tutarlılık uzunluğu: parazit etkileri fark edilir sadece bu mesafeden daha az bir şekilde fark. Bu değer, ile bölünmesinden _C t sırasında dönüştürülebilir , ışık hızında yol t _c = 2D / c: c.

kendisinin gecikmeli bir versiyonu müdahale kabiliyeti: Michelson deneyi ışık dalgasının zamansal tutarlılık ölçer. İyi stabilize lazer t _c = 10 ^-4 s, l _c = 30 km; Isı T _c = 10 ^-8, I ₌ 3 m süzüldü ışık.

Tutarlılık ve zaman

Geçici tutarlılık - yayılma yönü boyunca değişik noktalarda ışık dalgalarının fazlar arasında bir korelasyon gösteren bir grafiktir.

Varsayalım kaynak alanı içinde bir noktada bir mesafe _{L, C} = λ ² / (2πΔλ) de engel olacak λ ve λ ± IlA, bir dalga boyuna yayar. Burada L _Cı - tutarlılık uzunluğu.

x yönünde bir dalganın faz f = kx olarak tanımlanır - ωt. bir mesafe L _c, t zamanında alan Şekil dalgaları _{düşünürsek,} x = 0 faz içinde iki dalga vektörleri k, ₁ ve k _2, arasındaki faz farkı Δφ = l _c (- _k2 k _{1) eşittir.} Δφ = 1 ya da Δφ ~ 60 °, ışık artık tutarlı olduğu zaman. Girişim ve kırınım kontrast üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.

Böylece:

• 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).

dalga hızı c boşluk içinden geçer.

tutarlılık süresi t _c = l / _c s. λf = c yana, daha sonra Af / f = Δω / ω = Δλ / λ. Biz yazabilir

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

Bilinen ise dalga boyu ya da ışık kaynağının yayılma sıklığı, L _c, t _c hesaplamak _{mümkündür.} Optik yol farkı l _c önemli ölçüde daha büyük olması durumunda, bu tür ince film müdahale olarak genlik, bölünmesi ile elde edilen girişim desenini gözlemlemek mümkün _değildir.

Zamansal tutarlılık kaynağı Siyah diyor.

Tutarlılık ve uzay

Mekansal tutarlılık - enine yayılma yönüne farklı noktalarında ışık dalgalarının fazlar arasında bir korelasyon gösteren bir grafiktir.

Zaman doğrusal ö düzeninin boyutları monokromatik termal (lineer) bir kaynaktan mesafe L, bir mesafede bulunan iki yuva d _c = 0,16λL / ö fazla olmayan, daha fazla tanınan bir girişim deseni oluşturmak daha büyüktür. πd _c ^2/4 tutarlılık kaynağının alandır.

t zaman ekrandan L mesafesi dikey yerleştirilmiş genişliği ö kaynağını, bakınız, ekran, bir d mesafesi ile ayrılmış iki nokta (P1 ve P2), görebilir. P1 ve P2 elektrik alan kaynağı, birbirine bağlı olmayan radyasyonun tüm noktaları tarafından yayılan dalgaların elektrik alanlarının üst üste yerleştirilmesi ile temsil etmektedir. Için elektromanyetik dalgaların üst üste P1 tanınabilir girişim desenini oluşturma ve P2 fazda olmalıdır, P1 ve P2 göre aparat.

tutarlılık koşulu

t bir noktada kaynağının iki kenarı tarafından yayılan ışık dalgaları, iki nokta arasındaki merkezi doğrudan belirli bir faz farkı vardır. bir noktaya P2 ö sol kenarından çıkan ışını (sinθ) daha da ileri merkezine giden ışın daha / 2 d geçmek için. P2 işaret ö sağ kenarından gelen ışının yörünge yolu d (sinθ) / 2 daha az geçer. mesafe farkı · sinθ d iki kiriş boyunca seyahat ve faz farkı Af 'temsıl eder = 2πd · sinθ / λ. dalga önü boyunca P2, P1 mesafe sağlamak için, = 4πd · sinθ / λ' Δφ = 2Δφ elde. kaynağının iki kenarı tarafından yayılan dalgalar, t P1 ile aynı fazda ve P2 4πdsinθ / λ bölgede faz dışındadır. sinθ ~ δ / (2L) için, daha sonra Δφ = 2πdδ / (LX). Δφ = Δφ ~ 1 ya da 60 °, ışık artık tutarlı olarak kabul edilmektedir.

Δφ = 1 -> D = L Â / (2πδ) = 0,16 L Â / δ.

söz konusu ön dalga faz homojenliği mekansal tutarlılık.

Akkor lamba tutarsız bir ışık kaynağı bir örneğidir.

Biz radyasyonun çoğu atmak eğer Tutarlı ışık, tutarsız radyasyon kaynağından elde edilebilir. İlk goruntuyu uzamsal tutarlılığı arttırmak için gerçekleştirilmiştir ve daha büyük zamansal tutarlılık daha sonra spektral filtreleme edilir.

Fourier serileri

Sinüzoidal düzlem alanı ve zaman içinde tamamen tutarlı dalga, ve zaman uzunluğu ve sonsuz tutarlılık alanı. Tüm gerçek dalga sonlu bir zaman aralığı için, kalıcı ve yayılma kendi yönüne dik bir ucu olan dalga darbeleri bulunmaktadır. Matematiksel olarak, bu periyodik bir fonksiyon ile tarif edilmektedir. dalga darbeleri ve Δω periyodik olmayan fonksiyonları analiz etmek için gereken bir uyum uzunluğunu belirlemek için frekanslar mevcut bulmak için.

Fourier analizine göre, keyfi bir periyodik dalga sinüs dalgaları üst üste olarak kabul edilebilir. Fourier sentezi sinüzoidal dalgalar bir çok üst üste keyfi bir periyodik dalga formu elde etmek için izin verdiği anlamına gelir.

haberleşme istatistikleri

o elektromanyetik teori ve istatistik yanı sıra istatistik mekaniğin bir birleşmenin sonucudur istatistik mekaniğin birliği olduğu için tutarlılık kuramı, fizik ve diğer bilimler bağlantı olarak kabul edilebilir. teori karakteristiklerini ve hafif alanların davranışı üzerinde rastgele dalgalanmaların etkilerini ölçmek için kullanılır.

Genellikle doğrudan dalga alanının dalgalanmaları ölçmek mümkün değildir. Birey "inişler ve çıkışlar" görünür ışık doğrudan veya hatta sofistike aletlerle tespit edilemeyen: sıklık saniyede yaklaşık 10 ila ¹⁵ salınımları olduğunu. Yalnızca ortalamalarını ölçebilir.

ahenk Uygulaması

ahenk örnek olarak fizik ve diğer bilimler Bağlantı uygulamaları bir dizi izlenebilir. Kısmen tutarlı alanlar daha az lazer iletişimi için kullanışlı yapan atmosferik türbülans tarafından etkilenir. Ayrıca, lazer kaynaklı füzyon reaksiyonlarının çalışmada kullanılmıştır: thermonuclear hedef kirişin işlem "yumuşak" giden girişim etkilerinden bir azalma olmuştur. Tutarlılık yıldız ikili sistemlerin boyutu ve tahsisini belirlemek için özellikle kullanılır.

ışık dalgalarının Tutarlılık kuantum ve klasik alanların çalışmasında önemli bir rol oynar. 2005 yılında, Roy J. Glauber optik uyum kuantum teorisine katkılarından dolayı Nobel Fizik Ödülü kazananlardan biri oldu.