连贯性 - 一个...相干光波。 时间相干性

考虑在空间传播的波。 相干性 - 其相之间的相关性的度量，在不同的点测量。 相干波取决于其电源的特性。

两种类型的一致性

让我们考虑一个简单的例子。 想象一下，两个浮点，上升和下降的水面上。 假设波源是谐波浸入并从水中破水表面的平静表面移除的唯一棒。 因此，有两个浮筒的运动之间的完美关系。 他们不能上下移动恰恰阶段，当一个上升，另一个下降，但浮点数的位置之间的相位差不随时间变化。 谐波振荡点源产生绝对 相干波。

当描述光波的相干性，其区分两种类型 - 的空间和时间。

相干性是指光的产生的能力 的干涉图案。 如果两个光波被放在一起，并且他们不创造的增加面积和亮度降低，他们被称为语无伦次。 如果他们生产的“理想”的干涉图案（在完全消干涉区域的意义上），它们是完全一致的。 如果两个波打造“不完美”的画面，可以认为它们是部分相干。

迈克尔逊干涉仪

连贯性 - 这是最好的实验解释的现象。

迈克尔逊干涉仪从源极S（其可以是任何的：太阳，星星，或激光）的光被引导到半透明反射镜M _0，其表示向反射镜M ₁的光的50％，向反射镜M ₂发送的_50％。 该光束来自各反射镜背面到M ₀的反射_，并且光的相等部分从M ₁反射和M _2被组合并投影到屏幕B.该设备可以通过改变分束器从反射镜M ₁的距离进行配置。

迈克尔逊干涉仪基本上是融合了他自己的时间延迟版本的光束。 该经过的道路上的反射镜M ₁的光具有去二维的距离大于移动所述反射镜M ₂的光束_。

长度和相干时间

是什么在屏幕上观察到的？ 当d = 0可以看出许多非常清晰的干涉条纹。 当d增加时，色带变得不那么明显：黑暗区域变得更亮，和光 - 调光器。 最后，对于非常大的D，超过D的某一临界值时，光与暗环完全消失，只留下一个模糊。

显然，光场不能与自身时间延迟版本时的时间延迟足够大的干扰。 距离2D - 这是相干长度：干扰影响是明显的，只有当在路上不到这个距离的差异。 此值可以吨_C期间其除以被转换 的光的速度 T _C = 2D / C：C。

迈克尔逊实验测量光波的时间相干性：其与其自身延迟版本干扰的能力。 良好的稳定的激光T _C = 10个^-4 S，L _C = 30公里; 从耐热T _C = 10 ^-8，L _C =3米过滤的光。

一致性和时间

时间相干性 - 光波的在沿着传播方向的各个点的相位之间的相关性的度量。

假设源发射λ和λ±Δλ，的波长，其在空间中的某一点将在距离L _C ^=λ2 /（2πΔλ）干涉。 当L _C -相干长度。

在x方向上传播的波的相位被定义为f = KX - ωT。 如果我们在距离L _C在时间t考虑在空间图波_，两个波矢量K ₁和K _2，这是在相在x = 0之间的相位差等于Δφ= L _{C（K 1} - K _2）。 当Δφ= 1，或Δφ〜60°时，光不再相干。 干涉和衍射对对比度的显著效果。

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）。

波穿过具有速度c的空间。

相干时间T _C = 1 _的c / s。 由于λF= C，则Δf的/ F =Δω/ω=Δλ/λ。 我们可以写

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

如果已知 波长 或光源的传播的频率，可以计算出L _C和T _C。 这是不可能的观察通过把振幅，所得到的干涉图案，例如薄膜干涉，如果光程差小于L _C显著更大_。

时间相干源说黑色。

连贯性和空间

空间相干性 - 横向于传播方向在不同点处的光波的相位之间的相关性的度量。

当从单色热（线性），光源的线性δ的数量级的尺寸的距离L，位于距离两个时隙大于D _C =0,16λL/δ，不再产生可识别的干涉图案。 ^_πDÇ2/4是相干源的面积。

如果在时间t看到宽度δ的源，设置成垂直距离L从屏幕，屏幕可以看到的两个点（P1和P2），以距离d分开。 在P1和P2的电场表示由源，其不连接到彼此的辐射的所有点发射的波的电场的叠加。 到电磁波离开P1和P2，从而在叠加P1可识别的干涉图案和P2应该是同相的。

相干条件

光波由所述源的两个边缘辐射，在时间t一些点在两个点之间的中心直接有一定的相位差。 从δ的左边缘来的点P2处的束通过于D（SINθ）/ 2比光束朝向对中心更远。 从δ的右边缘来点P2处的光束的轨迹，通过在路径D（SINθ）/ 2以下。 距离差为行进两个光束是d·SINθ和表示相位差Δf“=2πD·SINθ/λ。 为从P1到P2沿波前的距离，我们得到Δφ=2Δφ“=4πd·SINθ/λ。 由源的两个边缘发射的波，在在时间t与P1相和异相，该区域4πdsinθ/λ在P2。 由于SINθ〜δ/（2L），然后Δφ=2πdδ/（Lλ）。 当Δφ=Δφ〜1或60°时，光不再被认为是相干的。

Δφ= 1 - > D =Lλ/（2πδ）= 0.16Lλ/δ。

所述波前的相均匀性的空间相干性。

白炽灯是不相干光源的一个例子。

相干光可以从非相干辐射的来源获得，如果我们丢弃大部分辐射。 第一空间滤波被执行以增加的空间相干性，并且对于较大的时间相干然后光谱过滤。

傅里叶级数

正弦平面波在空间和时间相干完全，而其时间长度和相干性区域不已。 所有实波是波脉冲持续有限的时间间隔，以及具有端垂直于它们的传播方向。 在数学上，它们由一个周期函数描述。 为了找到存在于波脉冲和用于确定的相干长度Δω需要分析非周期函数的频率。

根据傅里叶分析，任意的周期波可以视为正弦波的叠加。 傅立叶合成装置将多个正弦波的叠加允许获得任意的周期性波形。

通信统计

相干理论可以被看作是物理学和其他科学的连接，因为它是电磁理论和统计，以及统计力学的合并的结果是统计力学的工会。 该理论是用来量化特性和光场的特性随机波动的影响。

通常是不可能直接测量波场的波动。 个体“起伏”可见光不能直接，或甚至与精密的仪器检测到的：它的频率是每秒约10 ¹⁵振荡。 你只能测量的平均值。

一致性的应用

作为相干的示例物理和其他科学的连接可以在许多应用中被跟踪。 部分相干场较少受到大气湍流，这使得它们对于激光通信有用的影响。 它们也可用于在激光诱导聚变反应的研究：减少了干涉效应导致“平滑”的光束上的热核目标的动作。 一致性是特别用来确定双星系统的规模和分配。

光波相干起着量子和经典领域的研究具有重要作用。 2005年，罗伊·J·格拉伯成为诺贝尔物理学奖的他对光学相干的量子理论的贡献获奖者之一。