Когерентність

Під когерентністю розуміють узгоджене протікання в часі і в просторі декількох хвильових процесів, що проявляються при їх додаванні. Для когерентних світлових хвиль з постійною або зміною по певному закону різницею фаз виникає характерна інтерференційна картина. Зсув фаз двох монохроматичних хвиль, які взаємодіють, не залежить від часу, тобто: clip_image002. (1)

В такому випадку, результуюча інтенсивність взаємодії цих хвиль матиме значення: clip_image004, (2) що обумовлює існування явище інтерференції.

Коливання (або хвилі), для яких зсув фаз залишається постійним на деякий час, достатній для спостереження, називаються когерентними. Джерела таких коливань називаються когерентними джерелами. Гармонічні коливання однакової частоти завжди когерентні.

При взаємодії двох когерентних хвиль з фазами j1 та j2 відповідно виникає рівність, визначена у формулі (1). Така взаємодія когерентних хвиль є достатньо цікавою для дослідження, адже дозволяє дослідити ряд фізичних явищ, одним із найвизначніших з яких є інтерференція — явище, при якому при накладанні пучків світла відбувається просторовий перерозподіл інтенсивності, тобто результуюча інтенсивність не рівна сумі інтенсивностей окремих пучків. Особливий інтерес до когерентних хвиль, які використовуються в інтерференції легко пояснити сумарною інтенсивністю І, яку можна отримати від взаємодії двох когерентних хвиль, адже при різниці фаз: clip_image006 можливо отримувати максимуми зображення взаємодії двох хвиль (із властивості косинусу з формули (2)), та з різниці фаз clip_image008 — значення мінімумів відповідно. При чому, m=0, ±1, ±2, … Тоді, з формули (1) значення максимальної інтенсивності становитиме: clip_image010, що при clip_image012 становитиме Імакс=4І0, тобто в 4 рази більше інтенсивності кожного із когерентних джерел випромінювання. У цьому ж випадку мінімальне значення інтенсивності складатиме Імін=0.

Для когерентних світлових хвиль з постійною або змінною по певному закону різницею фаз виникає характерна інтерференційна картина. Якщо порівнювати фази однієї і тієї ж світлової хвилі в різні моменти часу, які розділені інтервалом t, то при достатньо великому значенні t випадкове зміщення фази може перевищити p, — це означає, що через деякий час хвиля втрачає свою «пам’ять» або «забуває» значення початкової фази (стає некогерентною сама до себе). Для кількісної характеристики цього явища вводять функцію R(t), яка має назву функції кореляції. В цьому випадку додавання двох хвиль, які затримані одна відносно іншої і отримані від одного джерела через час t можна представити наступним виразом: clip_image014, де clip_image016 – середня частота коливань, Е1 та Е2 – амплітуди.

Значення t, при якому функція кореляції R(t)=0,5 називається часом когерентності. А довжина когерентності: clip_image018, де с – швидкість світла у вакуумі, с » 3*108 м/с. Вважається, що якщо R(t)>0,5, то когерентність хвилі зберігається, а інакше при R(t)<0,5 — втрачається.

Для того, щоб визначити когерентність у площині перпендикулярній напрямку розповсюдження когерентної хвилі — вводять поняття просторової когерентності. Випадкова зміна фаз в двох точках розташованих у площині, перпендикулярній напрямку розповсюдження збільшується по мірі віддалення точок одна від одної випадкова зміна фаз), і у випадку, коли випадкова зміна фаз порівнюється p, то відстань позначається d і визначається по рівню кореляції функції 0,5.

Оставьте комментарий к статье