連貫性 - 一個...相干光波。 時間相干性

考慮在空間傳播的波。 相干性 - 其相之間的相關性的度量，在不同的點測量。 相干波取決於其電源的特性。

兩種類型的一致性

讓我們考慮一個簡單的例子。 想像一下，兩個浮點，上升和下降的水面上。 假設波源是諧波浸入並從水中破水表面的平靜表面移除的唯一棒。 因此，有兩個浮筒的運動之間的完美關係。 他們不能上下移動恰恰階段，當一個上升，另一個下降，但浮點數的位置之間的相位差不隨時間變化。 諧波振盪點源產生絕對 相干波。

當描述光波的相干性，其區分兩種類型 - 的空間和時間。

相干性是指光的產生的能力 的干涉圖案。 如果兩個光波被放在一起，並且他們不創造的增加面積和亮度降低，他們被稱為語無倫次。 如果他們生產的“理想”的干涉圖案（在完全消干涉區域的意義上），它們是完全一致的。 如果兩波打造“不完美”的畫面，可以認為它們是部分相干。

邁克爾遜干涉儀

連貫性 - 這是最好的實驗解釋的現象。

邁克爾遜干涉儀從源極S（其可以是任何的：太陽，星星，或激光）的光被引導到半透明反射鏡M _0，其表示向反射鏡M ₁的光的50％，向反射鏡M ₂發送的_50％。 該光束來自各反射鏡背面到M ₀的反射_，並且光的相等部分從M ₁反射和M _2被組合並投影到屏幕B.該設備可以通過改變分束器從反射鏡M ₁的距離進行配置。

邁克爾遜干涉儀基本上是融合了他自己的時間延遲版本的光束。 該經過的道路上的反射鏡M ₁的光具有去二維的距離大於移動所述反射鏡M ₂的光束_。

長度和相干時間

是什麼在屏幕上觀察到的？ 當d = 0可以看出許多非常清晰的干涉條紋。 當d增加時，色帶變得不那麼明顯：黑暗區域變得更亮，和光 - 調光器。 最後，對於非常大的D，超過D的某一臨界值時，光與暗環完全消失，只留下一個模糊。

顯然，光場不能與自身時間延遲版本時的時間延遲足夠大的干擾。 距離2D - 這是相干長度：干擾影響是明顯的，只有當在路上不到這個距離的差異。 此值可以噸_C期間其除以被轉換 的光的速度 T _C = 2D / C：C。

邁克爾遜實驗測量光波的時間相干性：其與其自身延遲版本干擾的能力。 良好的穩定的激光T _C = 10 ^-4 S，L _C = 30公里; 從耐熱T _C = 10 ^-8，L _C =3米過濾的光。

一致性和時間

時間相干性 - 光波的在沿著傳播方向的各個點的相位之間的相關性的度量。

假設源發射λ和λ±Δλ，的波長，其在空間中的某一點將在距離L _C ^=λ2 /（2πΔλ）干涉。 當L _C -相干長度。

在x方向上傳播的波的相位被定義為f = KX - ωT。 如果我們在距離L _C在時間t考慮在空間圖波_，兩個波矢量K ₁和K _2，這是在相在x = 0之間的相位差等於Δφ= L _{C（K 1} - K _2）。 當Δφ= 1，或Δφ〜60°時，光不再相干。 干涉和衍射對對比度的顯著效果。

因此：

• 1 = L _{C（K 1} - K _{2）= L C（2π/λ} - 2π/（λ+Δλ））;
• _{L C（λ+Δλ - λ} ）/（λ（λ+Δλ））〜L CΔλ/λ ² = 1 /2π;
• L _C ^=λ2 /（2πΔλ）。

波穿過具有速度c的空間。

相干時間T _C = 1 _的c / s。 由於λF= C，則Δf的/ F =Δω/ω=Δλ/λ。 我們可以寫

• L _C ^=λ2 /（2πΔλ）=λF/（ 2πΔf）= C /Δω;
• T _C = 1 /Δω。

如果已知 波長 或光源的傳播的頻率，可以計算出L _C和T _C。 這是不可能的觀察通過把振幅，所得到的干涉圖案，例如薄膜干涉，如果光程差小於L _C顯著更大_。

時間相干源說黑色。

連貫性和空間

空間相干性 - 橫向於傳播方向在不同點處的光波的相位之間的相關性的度量。

當從單色熱（線性），光源的線性δ的數量級的尺寸的距離L，位於距離兩個時隙大於D _C =0,16λL/δ，不再產生可識別的干涉圖案。 ^_πDÇ2/4是相干源的面積。

如果在時間t看到寬度δ的源，設置成垂直距離L從屏幕，屏幕可以看到的兩個點（P1和P2），以距離d分開。 在P1和P2的電場表示由源，其不連接到彼此的輻射的所有點發射的波的電場的疊加。 到 電磁波 離開P1和P2，從而在疊加P1可識別的干涉圖案和P2應該是同相的。

相干條件

光波由所述源的兩個邊緣輻射，在時間t一些點在兩個點之間的中心直接有一定的相位差。 從δ的左邊緣來的點P2處的束通過於D（SINθ）/ 2比光束朝向對中心更遠。 從δ的右邊緣來點P2處的光束的軌跡，通過在路徑D（SINθ）/ 2以下。 距離差為行進兩個光束是d·SINθ和表示相位差Δf'=2πD·SINθ/λ。 為從P1到P2沿波前的距離，我們得到Δφ=2Δφ'=4πd·SINθ/λ。 由源的兩個邊緣發射的波，在在時間t與P1相和異相，該區域4πdsinθ/λ在P2。 由於SINθ〜δ/（2L），然後Δφ=2πdδ/（Lλ）。 當Δφ=Δφ〜1或60°時，光不再被認為是相干的。

Δφ= 1 - > D =Lλ/（2πδ）= 0.16Lλ/δ。

所述波前的相均勻性的空間相干性。

白熾燈是不相干光源的一個例子。

相干光可以從非相干輻射的來源獲得，如果我們丟棄大部分輻射。 第一空間濾波被執行以增加的空間相干性，並且對於較大的時間相干然後光譜過濾。

傅里葉級數

正弦平面波在空間和時間相干完全，而其時間長度和相干性區域不已。 所有實波是波脈衝持續有限的時間間隔，以及具有端垂直於它們的傳播方向。 在數學上，它們由一個週期函數描述。 為了找到存在於波脈衝和用於確定的相干長度Δω需要分析非週期函數的頻率。

根據傅里葉分析，任意的週期波可以視為正弦波的疊加。 傅立葉合成裝置將多個正弦波的疊加允許獲得任意的週期性波形。

通信統計

相干理論可以被看作是物理學和其他科學的連接，因為它是電磁理論和統計，以及統計力學的合併的結果是統計力學的工會。 該理論是用來量化特性和光場的特性隨機波動的影響。

通常是不可能直接測量波場的波動。 個體“起伏”可見光不能直接，或甚至與精密的儀器檢測到的：其頻率大約為每秒10月¹⁵日的振盪。 你只能測量的平均值。

一致性的應用

作為相干的示例物理和其他科學的連接可以在許多應用中被跟踪。 部分相干場較少受到大氣湍流，這使得它們對於激光通信有用的影響。 它們也可用於在激光誘導聚變反應的研究：減少了干涉效應導致“平滑”的光束上的熱核目標的動作。 一致性是特別用來確定雙星系統的規模和分配。

光波相干起著量子和經典領域的研究具有重要作用。 2005年，羅伊·格勞伯成為諾貝爾物理學獎的他對光學相干的量子理論的貢獻獲獎者之一。