التماسك - و... موجات الضوء متماسكة. الترابط الزماني

النظر في التكاثر موجة في الفضاء. التماسك - وهو مقياس للعلاقة بين مراحلها، وتقاس في نقاط مختلفة. موجة تماسك تعتمد على خصائص مصدره.

وهناك نوعان من التماسك

دعونا النظر في مثال بسيط. تخيل اثنين تعويم، ارتفاع وهبوط على سطح الماء. نفترض أن مصدر موجة هو عصا الوحيد الذي مغمورة بتناسق وإزالتها من المياه السطحية وكسر الهدوء من سطح الماء. وبالتالي هناك علاقة مثالية بين تحركات اثنين من العوامات. انهم لا يمكن ان تتحرك صعودا وهبوطا على وجه التحديد في المرحلة، عندما يذهب احد حتى، والآخر إلى أسفل، ولكن الفرق بين مرحلة مواقف اثنين من العوامات هو ثابت في الوقت المناسب. بتناسق مصدر نقطة تتأرجح تنتج قطعا موجة متماسكة.

عندما تصف تماسك موجات الضوء، تمييز أنواعه اثنين - المكانية والزمانية.

يشير التماسك على قدرة ضوء لإنتاج نمط التدخل. إذا تم جلب اثنين من موجات الضوء معا، وأنها لا تخلق مجالات زيادة وانخفاض سطوع، ما يطلق عليه غير متماسكة. إذا كانت تنتج "المثالي" نمط التداخل (بمعنى مناطق التدخل المدمرة كاملة)، فهي متماسكة تماما. إذا موجتين خلق "أقل من الكمال" الصورة، ويعتبر أن تكون متماسكة جزئيا.

نيكلسون التداخل

التماسك - وهي الظاهرة التي هي أفضل وأوضح من قبل التجربة.

في نيكلسون تداخل الضوء من S المصدر (والذي قد يكون أي من: الشمس والنجوم، أو ليزر) موجه على مرآة M شبه شفاف _0، والذي يمثل 50٪ من الضوء نحو مرآة M ₁ وينقل 50٪ نحو مرآة M _2. وينعكس شعاع من كل من المرايا إلى M _0، وأجزاء متساوية من الضوء المنعكس من M ₁ و م _{2 يتم} الجمع بين وإسقاطها على B. الشاشة يمكن تكوين الجهاز عن طريق تغيير المسافة من المرآة M ₁ إلى شاطر الحزمة.

نيكلسون التداخل يمزج أساسا شعاع مع الإصدار تأخر الوقت من تلقاء نفسه. الضوء الذي يمر في الطريق إلى المرآة M ₁ أن يذهب المسافة على 2D أكثر من شعاع يتحرك المرآة M _2.

طول الوقت والتماسك

ما يلاحظ على الشاشة؟ عندما د = 0 يمكن رؤية عدد من هامش تدخل واضحة جدا. عندما تزداد د، والفرقة تصبح أقل وضوحا: المناطق المظلمة تصبح أكثر إشراقا، وضوء - باهتة. وأخيرا، لد كبير جدا، وهو ما يتجاوز قيمة حرجة معينة من D، وعلى ضوء وعصابات الظلام تختفي تماما، ولم يتبق سوى طمس.

ومن الواضح أن مجال خفيفة لا يمكن أن تتداخل مع الإصدار تأخر الوقت من نفسه عندما تأخر الوقت كبيرة بما فيه الكفاية. المسافة 2D - هو طول التماسك: آثار التدخل هي ملحوظة فقط عندما يكون الفرق في طريقة أقل من هذه المسافة. ويمكن تحويل هذه القيمة خلال ر _ج الانقسام من خلال سرعة الضوء ج: ر _ج = 2D / ج.

نيكلسون تجربة يقيس تماسك الزمني للموجة الضوء: قدرتها على التدخل في نسخة تأخر في حد ذاته. واستقرت جيدا ليزر ر _ج = 10 ^-4 ق، ل _ج = 30 كم. ضوء تصفيتها من الحرارة ر _ج = 10 ^-8، ل _ج = 3 م.

التماسك والوقت

الترابط الزمني - وهو مقياس للعلاقة بين مراحل موجات الضوء في نقاط مختلفة على طول اتجاه نشر.

نفترض مصدر تنبعث من الطول الموجي λ وλ ± Δλ، والتي سوف تدخل في مرحلة ما في الفضاء على مسافة ل _ج = λ ² / (2πΔλ). حيث ل _ج - طول التماسك.

يتم تعريف مرحلة من مراحل التكاثر موجة في اتجاه x كما = و KX - ωt. إذا أخذنا في الاعتبار موجات الشكل في الفضاء في الوقت t على مسافة ل _ج، وفرق الطور بين ناقلات اثنين من موجة ك ₁ و ك _{2، والتي} هي في مرحلة عند x = 0 يساوي Δφ = ل _ج (ك ₁ - ك _2). عندما Δφ = 1، أو Δφ ~ 60 درجة، وعلى ضوء لم يعد متماسكا. تدخل والحيود أن يكون لها تأثير كبير على النقيض من ذلك.

على النحو التالي:

• 1 = ل _ج (ك ₁ - ك _{2) = ل ج (2π / λ} - 2π / (λ + Δλ))؛
• _{ل ج (λ + Δλ - λ} ) / (λ (λ + Δλ)) ~ ل ج Δλ / λ ² = 1 / 2π.
• ل _ج = λ ² / (2πΔλ).

تمر موجة من خلال الفضاء مع سرعة ج.

الساعة التماسك ر _ج = ل _ج / ثانية. منذ λf = ج، ثم Δf / و = Δω / ω = Δλ / λ. نستطيع أن نكتب

• ل _ج = λ ² / (2πΔλ) = λf / ( 2πΔf) = ج / Δω.
• ر _ج = 1 / Δω.

إذا كان يعرف الطول الموجي أو التردد للاكثار من مصدر الضوء، فمن الممكن لحساب ل _ج و ر _ج. فمن المستحيل لمراقبة نمط التداخل التي تم الحصول عليها عن طريق قسمة السعة، مثل التدخل رقيقة، إذا كان الفرق مسار بصري أكبر بكثير من ل _ج.

مصدر تماسك الزمني يقول الأسود.

التماسك والفضاء

الترابط المكاني - وهو مقياس للعلاقة بين مراحل موجات الضوء في نقاط مختلفة عرضية إلى اتجاه الانتشار.

عندما L المسافة من الحراري (خطي) مصدر أحادي اللون أبعادها من أجل من δ الخطي، واثنين من فتحات تقع على مسافة أكبر من د _ج = 0،16λL / δ، لم تعد تنتج نمط التداخل يمكن التعرف عليه. πd _ج ^2/4 هي مساحة مصدر التماسك.

إذا في وقت لا تراها مصدر δ العرض، التخلص عمودي المسافة L من الشاشة، يمكن للشاشة نرى اثنين من النقاط (P1 و P2)، مفصولة مسافة ود. الحقل الكهربائي في P1 و P2 يمثل تراكب من الحقول الكهربائية للموجات المنبعثة من كل نقطة من المصدر، والإشعاع التي لا ترتبط مع بعضها البعض. ل موجات الكهرومغناطيسية تخرج P1 و P2، وخلق نمط التدخل التعرف في P1 تراكب وينبغي أن يكون P2 في المرحلة.

حالة من التماسك

موجات الضوء يشع من قبل اثنين من حواف المصدر، في مرحلة ما من الزمن t لديها اختلاف مرحلة معينة مباشرة في وسط بين نقطتين. شعاع القادمة من الحافة اليسرى من δ إلى P2 نقطة لتمرير د (sinθ) / 2 أبعد من شعاع التوجه إلى المركز. مسار الشعاع القادم من الحافة اليمنى من δ أن نشير P2، ويمر على مسار د (sinθ) / 2 أقل. الفرق في المسافة المقطوعة للشعاعين ود · sinθ ويمثل الفرق مرحلة Δf '= 2πd · sinθ / λ. لمسافة من P1 إلى P2 على طول جبهة الموجة، نحصل على Δφ = 2Δφ '= 4πd · sinθ / λ. الموجات المنبعثة من حواف اثنين من المصدر، هي في مرحلة مع P1 في الوقت t وهم خارج المرحلة في المنطقة 4πdsinθ / λ في P2. منذ sinθ ~ δ / (2L)، ثم Δφ = 2πdδ / (Lλ). عندما Δφ = Δφ ~ 1 أو 60 درجة، لم يعد يعتبر ضوء متماسكة.

Δφ = 1 -> د = Lλ / (2πδ) = 0،16 Lλ / δ.

تماسك المكاني قال تجانس مرحلة واجهة الموجة.

مصباح وهاج هو مثال على مصدر الضوء غير متماسكة.

ضوء متماسك يمكن الحصول عليها من مصدر إشعاع غير متماسكة، وإذا كان لنا أن تجاهل معظم الإشعاع. يتم تنفيذ أول تصفية المكانية في زيادة الترابط المكاني، وتصفية ثم الطيفية لأكبر من الاتساق الزمني.

سلسلة فورييه

موجة جيبية طائرة متماسكة تماما في المكان والزمان، وطوله من الوقت ومنطقة التماسك التي لا نهاية لها. جميع الموجات الحقيقية هي نبضات موجة دائمة لفترة زمنية محدودة، وبعد نهاية عمودي على اتجاهها للنشر. رياضيا، تم وصفها من قبل وظيفة الدورية. العثور على الترددات موجودة في البقول موجة ولتحديد طول التماسك Δω بحاجة إلى تحليل وظائف غير الدورية.

وفقا لتحليل فورييه، موجة دورية التعسفية يمكن اعتبار تراكب موجات الجيب. تركيب فورييه يعني أن تراكب عدد وافر من موجات جيبية يسمح للحصول على الموجي الدوري التعسفي.

إحصاءات الاتصالات

يمكن اعتبار نظرية التماسك كاتصال الفيزياء وغيرها من العلوم، لأنه هو نتيجة لدمج النظرية وإحصاءات الكهرومغناطيسية، وكذلك الميكانيكا الإحصائية هو اتحاد الميكانيكا الإحصاءات. ويستخدم نظرية لتحديد خصائص وآثار التقلبات العشوائية على سلوك الحقول الخفيفة.

وعادة ما يستحيل قياس تقلبات مجال الموجة مباشرة. الضوء المرئي لا يمكن الكشف عن "صعودا وهبوطا" فردية مباشرة، أو حتى مع أدوات متطورة: ترددها ما يقرب من ¹⁵ أكتوبر التذبذبات في الثانية الواحدة. يمكنك فقط قياس المعدلات.

تطبيق التماسك

اتصال الفيزياء وغيرها من العلوم كمثال على التماسك يمكن أن تعزى في عدد من التطبيقات. جزئيا مجالات مترابطة هي أقل تأثرا الاضطراب في الغلاف الجوي، مما يجعلها مفيدة للاتصالات الليزر. كما أنها تستخدم في دراسة التفاعلات الاندماجية التي يسببها الليزر: الحد من آثار التدخل يؤدي إلى "تسهيل" عمل شعاع على الهدف حراري. يستخدم التماسك على وجه الخصوص لتحديد حجم وتوزيع أنظمة ثنائية نجم.

تماسك موجات الضوء يلعب دورا هاما في دراسة الكم والحقول الكلاسيكية. وفي عام 2005، أصبح روي J غلوبر أحد الفائزين بجائزة نوبل في الفيزياء لمساهمته في نظرية الكم من التماسك البصري.