Coherence - ib tug ... coherent lub teeb tsis. sab nqaij daim tawv coherence

Xav txog ib tug yoj propagating nyob rau hauv qhov chaw. Coherence - ib qho kev ntsuas ntawm tus correlation nruab nrab ntawm nws theem, ntsuas ntawm txawv cov ntsiab lus. Coherence yoj nyob rau tus yam ntxwv ntawm nws qhov chaw.

Ob hom coherence

Cia peb xav txog ib tug piv txwv yooj yim. Xav txog tej yam ob float, nce thiab ntog rau cov dej saum npoo. Xav hais tias cov yoj qhov chaw yog lub tsuas stick uas harmonically raus thiab muab tshem tawm los ntawm dej tawg twj ywm nto ntawm cov dej saum npoo. Yog li muaj yog ib tug zoo meej correlation ntawm tus taw ntawm lub ob floats. Lawv yuav tsis txav thiab nce thiab nqis precisely nyob rau hauv theem, thaum muaj ib tug mus li, lwm cov, tiam sis cov theem sib txawv ntawm lub chaw ntawm cov ob tug floats yog qhov nyob rau hauv lub sij hawm. Harmonically oscillating point qhov twg los ua kiag li coherent yoj.

Thaum piav txog lub coherence ntawm lub teeb tsis, paub qhov txawv nws ob hom - spatial thiab sab nqaij daim tawv.

Coherence hais txog cov muaj peev xwm ntawm lub teeb yuav tsim ib tug cuam tshuam tus qauv. Yog hais tias ob lub teeb tsis yog coj ua ke, thiab lawv tsis tsim chaw uas muaj zog thiab tsis brightness, lawv hu ua incoherent. Yog hais tias lawv tsim "tagnrho" cuam tshuam tus qauv (nyob rau hauv qhov kev txiav txim ntawm tag nrho puas cuam tshuam qhov chaw), lawv yog tag nrho coherent. Yog hais tias ob tug tsis tsim "tsawg tshaj meej" daim duab, nws yog suav tias yog hais tias lawv yog cov coherent.

Michelson interferometer

Coherence - ib tug tshwm sim uas yog zoo tshaj plaws piav los ntawm ib tug xyaum ua tej yam.

Nyob rau hauv Michelson interferometer lub teeb ntawm lub qhov S (uas tej zaum yuav muaj ib yam ntawm: lub hnub, lub hnub qub, los yog laser) yog qhia rau ib tug semitransparent daim iav M _0, uas nruab nrab yog 50% ntawm lub teeb ntawm daim iav M ₁ thiab hau 50% ntawm daim iav M _2. Lub beam yog reflected los ntawm txhua lub tsom iav rov qab mus rau M _0, thiab sib npaug zos feem ntawm lub teeb thaws rov los los ntawm tus M ₁ thiab M ₂ ua ke thiab npaj mus rau ib qho screen B. Tus ntaus ntawv yuav ua teeb los hloov cov kev coj ntawm cov iav M ₁ mus rau hauv lub beam splitter.

Michelson interferometer yeej tseem zoo hmoov sib tov lub beam nrog lub sij hawm-ncua version ntawm nws tus kheej. Lub teeb uas kis tau rau txoj kev mus rau hauv daim iav M ₁ muaj mus rau hauv lub deb ntawm cov 2d ntau tshaj ib tug nqaj uas txav cov iav M _2.

Qhov ntev thiab coherence lub sij hawm

Yuav ua li cas yog pom nyob rau qhov kev tshuaj ntsuam? Thaum d = 0 yuav pom ib tug xov tooj ntawm heev ntshiab cuam fringes. Thaum d yog nce, lub band yuav tsawg pronounced: qhov tsaus ntuj nti chaw ua brighter, thiab lub teeb - dimmer. Thaum kawg, rau heev loj d, tshaj ib tug tej yam tseem ceeb heev tus nqi ntawm D, lub teeb thiab tsaus rings ploj kiag li, ces tsuas ib plooj.

Obviously, cov teeb teb yuav tsis cuam tshuam nrog lub sij hawm-ncua version ntawm nws tus kheej thaum lub sij hawm ncua yog loj txaus. Ze 2D - nws yog ib lub coherence ntev: cuam los yog hnov li tsuas yog thaum qhov txawv nyob rau hauv txoj kev tsawg tshaj qhov no deb. Qhov no tus nqi yuav hloov dua siab tshiab thaum lub sij hawm t _c nws faib los ntawm cov kev ceev ntawm lub teeb c: t _c = 2D / c.

Michelson xyaum ua tej yam ntsuas lub sab nqaij daim tawv coherence ntawm lub teeb yoj: nws muaj peev xwm cuam tshuam nrog ib tug ncua version ntawm nws tus kheej. Ib tug zoo-stabilized laser t _c = 10 ^-4 s, l _c = 30 km; lim lub teeb los ntawm tshav kub t _c = 10 ^-8, l _c = 3 m.

Coherence thiab lub sij hawm

Sab nqaij daim tawv coherence - ib qho kev ntsuas ntawm correlation ntawm cov theem ntawm lub teeb tsis nyob rau hauv ntau cov ntsiab lus raws li cov hais tawm kev taw qhia.

Xav hais tias qhov twg los emits ib wavelength ntawm λ thiab λ ± Δλ, uas nyob rau ib co taw tes nyob rau hauv qhov chaw yuav cuam tshuam ntawm ib tug deb l _c = λ ² / (2πΔλ). Qhov twg l _c - coherence ntev.

Cov theem ntawm ib tug yoj propagating nyob rau hauv lub x kev taw qhia yog txhais raws li f = kx - ωt. Yog hais tias peb xav txog daim duab tsis nyob rau hauv qhov chaw thaum lub sij hawm t ntawm ib tug deb l _c, cov theem sib txawv nruab nrab ntawm ob yoj vectors k ₁ thiab k _2, uas yog nyob rau hauv theem ntawm x = 0 yog sib npaug zos rau Δφ = l _c (k ₁ - k _2). Thaum Δφ = 1, los yog Δφ ~ 60 °, lub teeb yog tsis coherent. Cuam thiab diffraction muaj ib tug tseem ceeb ntxim rau cov zoo.

Yog li:

• 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).

Nthwv dej kis tau los ntawm qhov chaw nrog ib tug tshaj tawm c.

Lub coherence lub sij hawm t _c = l _c / s. Txij li thaum λf = c, ces Δf / f = Δω / ω = Δλ / λ. Peb yuav sau ntawv

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

Yog hais tias ib tug paub wavelength los yog zaus ntawm lub hais tawm ntawm lub teeb qhov chaw, nws puas yuav tau mus xam l _c thiab t _c. Nws yog tsis yooj yim sua mus soj ntsuam cov cuam qauv tau los mus faib cov amplitude, xws li nyias zaj duab xis cuam tshuam, yog hais tias tus kho qhov muag txoj kev sib txawv yog ho siab tshaj l _c.

Sab nqaij daim tawv coherence qhov hais tias dub.

Coherence thiab qhov chaw

Spatial coherence - ib qho kev ntsuas ntawm correlation ntawm cov theem ntawm lub teeb tsis nyob rau hauv txawv cov ntsiab lus transverse rau cov kev taw qhia ntawm hais tawm.

Thaum qhov kev ncua deb L los ntawm cov monochromatic thermal (linear) qhov chaw uas nws linear qhov ntev ntawm qhov kev txiav txim ntawm δ, ob slots nyob rau ntawm ib tug deb siab tshaj d _c = 0,16λL / δ, tsis tsim ib tug coj cuam qauv. πd _c ^2/4 yog lub cheeb tsam ntawm lub coherence qhov chaw.

Yog hais tias thaum lub sij hawm t saib qhov uas dav δ, pov tseg perpendicular deb L los ntawm lub screen, qhov kev tshuaj ntsuam yuav saib tau lub ntsiab lus ob (P1 thiab P2), sib cais los ntawm ib tug deb d. Cov hluav taws xob field nyob rau hauv lub P1 thiab P2 nruab nrab yog cov superposition ntawm lub fais teb cov tsis tawm txim liab los ntawm tag nrho cov ntsiab lus ntawm qhov, cov tawg uas yog tsis txuas nrog rau txhua lwm yam. Yuav kom electromagnetic vuag tawm P1 thiab P2, tsim ib tug coj cuam qauv nyob rau hauv superposition P1 thiab P2 yuav tsum nyob rau hauv theem.

coherence mob

Lub teeb tsis faib los ntawm ob npoo ntawm lub qhov chaw, nyob rau hauv ib co taw tes ntawm lub sij hawm t muaj ib yam theem txawv ncaj qha nyob rau hauv qhov chaw ntawm ob lub ntsiab lus. Lub beam los ntawm sab laug ntug ntawm δ mus rau ib tug taw tes P2 kom dhau rau d (sinθ) / 2 deb tshaj lub beam nqe lus hais txog qhov chaw ntawd. Lub trajectory ntawm lub beam los ntawm txoj kev ntug ntawm δ tes rau taw tes P2, kis on txoj kev d (sinθ) / 2 tsawg. Qhov txawv nyob rau hauv deb mus ncig rau ob beams yog d · sinθ thiab nruab nrab yog cov theem txawv Δf '= 2πd · sinθ / λ. Rau qhov kev ncua deb ntawm P1 rau P2 raws yoj pem hauv ntej, peb tau Δφ = 2Δφ '= 4πd · sinθ / λ. Cov tsis tawm txim liab los ntawm ob npoo ntawm lub qhov chaw, nyob rau hauv cov theem uas P1 thaum lub sij hawm t thiab yog tawm ntawm theem nyob rau hauv lub cheeb tsam 4πdsinθ / λ nyob rau hauv P2. Txij li thaum sinθ ~ δ / (2L), ces Δφ = 2πdδ / (Lλ). Thaum Δφ = Δφ ~ 1 los yog 60 °, lub teeb yog tsis xam tias yog coherent.

Δφ = 1 -> d = Lλ / (2πδ) = 0,16 Lλ / δ.

Lub spatial coherence ntawm hais tias wavefront theem homogeneity.

Incandescent teeb yog ib qho piv txwv ntawm incoherent teeb qhov chaw.

Coherent lub teeb yuav tsum tau los ntawm ib qhov chaw ntawm incoherent tawg, yog hais tias peb muab pov tseg feem ntau ntawm cov tawg. Tus thawj spatial filtering yog ua rau kom tus spatial coherence, thiab ces spectral filtering loj sab nqaij daim tawv coherence.

Fourier series

Sinusoidal dav hlau yoj kiag coherent nyob rau hauv qhov chaw thiab lub sij hawm, thiab nws kav ntev npaum ntawm lub sij hawm thiab lub coherence cheeb tsam txom. Tag nrho tiag tiag tsis yog yoj pulses ntev rau ib tug finite lub sij hawm luv, thiab muaj kawg perpendicular mus rau lawv cov kev coj ntawm hais tawm. Lej, lawv yog piav los ntawm ib tug periodic muaj nuj nqi. Yuav nrhiav tau cov frequencies tam sim no nyob rau hauv lub yoj pulses thiab kev txiav txim rau ib tug coherence ntev Δω xav tau rau kev tsom xam uas tsis yog-periodic zog.

Raws li Fourier tsom xam, ib tug arbitrary periodic yoj yuav ntshai raws li ib tug superposition ntawm sine tsis. Fourier synthesis txhais tau tias superposition ntawm ib tug plurality ntawm sinusoidal tsis tso cai rau kom muab tau ib qho arbitrary periodic waveform.

Kev sib txuas lus statistics

Coherence kev tshawb xav yuav suav hais tias raws li cov kev twb kev txuas ntawm physics thiab lwm yam sciences, txij li thaum nws yog ib lub txiaj ntsim ntawm ib merger ntawm lub electromagnetic kev tshawb xav thiab txheeb cais, raws li zoo raws li statistical mechanics yog lub union ntawm cov txheeb cais mechanics. Qhov kev tshawb xav yog siv los yamntxwv tus yam ntxwv thiab los ntawm random hloov mus hloov los nyob rau hauv tus cwj pwm ntawm lub teeb teb.

Feem ntau nws yog tsis yooj yim sua los ntsuas hloov mus hloov los ntawm lub yoj teb ncaj qha. Cov "ib ce thiab downs" pom tsis tau kev kaj kuaj ncaj qha, los yog txawm nrog sophisticated seev: nws zaus yog kwv yees li kaum hli ntuj ¹⁵ oscillations ib ob. Koj muaj peev xwm tsuas ntsuas lub nrim.

Daim ntawv thov ntawm coherence

Kev twb kev txuas ntawm physics thiab lwm yam sciences li ib qho piv txwv ntawm coherence yuav tsum havzoov nyob rau hauv ib tug xov tooj ntawm daim ntaub ntawv. Cov coherent teb cov tsawg cuam tshuam los ntawm lub atmospheric kiv, uas ua rau lawv pab tau rau laser kev sib txuas lus. Lawv kuj siv nyob rau hauv txoj kev tshawb no ntawm laser hob fusion tshua: ib tug yuav txo tau ntawm cuam los ua rau "smooth" qhov kev txiav txim ntawm lub beam nyob rau thermonuclear lub hom phiaj. Coherence yog siv nyob rau hauv particular los mus txiav txim qhov luaj li cas thiab qee ntawm cov hnub qub binary tshuab.

Coherence ntawm lub teeb tsis plays ib qho tseem ceeb luag hauj lwm nyob rau hauv txoj kev tshawb no ntawm quantum thiab classical teb. Nyob rau hauv 2005, Roy J. Glauber los ua ib tug ntawm cov winners ntawm cov Nobel nqi zog nyob rau hauv Physics rau nws pab mus rau lub quantum kev tshawb xav ntawm kho qhov muag coherence.