Оптика и квазиоптика СВЧ. Молотков Н.Я - 45 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Для частично когерентных источников будет справедливо выражение (2.1.12), где время τ , за которое
происходит осреднение, будет меньше времени за которое нерегулярно изменяется разность фаз
)(
12
δ
−
δ . Пе-
реходя от амплитуд
1m
E и
2m
E к интенсивностям
1
I и
2
I частично когерентных источников, получим
)(2
122121
τγ++= IIIII , (2.2.6)
где )(
12
τγ – степень взаимной когерентности, которая зависит от расстояния между источниками
1
S и
2
S (рис.
56) и разности времени распространения света от частично когерентных источников
1
S и
2
S до точки М на-
блюдения. В частном случае,
21
II = , степень взаимной когерентности определяется через максимальное и ми-
нимальное значение интенсивностей в интерференционной картине:
minmax
minmax
12
)(
II
II
+
−
=τγ
. (2.2.7)
Таким образом, когерентным источникам соответствует максимально чёткая интерференционная картина,
в которой
0
min
=I и, следовательно, 1
12
=γ ; Для некогерентных источников соответствует полностью размы-
тая интерференционная картина (
0
12
=γ ). В случае частично когерентных источников 10
12
<γ< . Конкретные
механизмы потери когерентности могут быть различными.
Временем когерентности
0
τ называется минимальная задержка по времени между интерферирующими
световыми волнами, снижающая степень когерентности
)(
τ
γ
до некоторой минимальной величины
min
)(
τ
γ
.
Для волны с шириной спектра
ν∆ время когерентности определяется величиной
ν∆π
=τ
4
1
0
. (2.2.8)
Времени когерентности
0
τ соответствует длина когерентности
00
τ
=
cL (с – скорость света), под которой
понимается расстояние, на которое распространяется волна за время когерентности.
Для различных источников света
0
τ и
0
L изменяются в широких пределах. Например, для солнечного
света
15
0
10
−
≈τ c,
7
0
10
−
≈L м. Для узких спектральных линий газоразрядных источников света
9
0
10
−
≈τ c,
3,0
0
≈L м. Для одночастотных лазеров время когерентности
0
τ
может доходить до долей секунды, а длина ко-
герентности
7
0
10≈L м, т.е. составляет тысячи километров. Столь высокая степень монохроматичности излуче-
ния лазеров позволяет наблюдать интерференцию от двух независимых оптических квантовых генераторов.
Для генераторов СВЧ, работающих в импульсном режиме, время когерентности
3
0
10
−
≈τ с, а длина коге-
рентности
5
0
103⋅≈L
м, т.е. составляют десятки километров. Это позволяет наблюдать интерференцию, напри-
мер в интерферометрах, при больших порядках интерференции.
Очень малое время когерентности
0
τ и длины когерентности
0
L для обычных источников света не позво-
ляет получить стационарную картину интерференции от двух независимых пучков света. Теперь нетрудно
сформулировать идею эксперимента для наблюдения интерференции естественного света: от одного источника
необходимо тем или иным способом получить две волны, которые затем следует свести вместе в какой-то области
пространства. Этим обеспечивается временная когерентность интерферирующих пучков света. Эта идея лежит в
основе классического опыта Томаса Юнга (1807) и других лабораторных методов наблюдения интерференции
света и радиоволн (§ 2.5).
Юнг направил яркий пучок света от Солнца на экран с малым отверстием или узкой щелью
S (рис. 60).
Дифрагированный свет шёл ко второму экрану с двумя узкими отверстиями или щелями
1
S
и
2
S . На этих ще-
лях свет также претерпевал дифракцию, в результате чего получались два расходящихся пучка света с верши-
нами в
1
S и
2
S . Ввиду общности происхождения эти пучки когерентны. Интерференционная картина (рис. 61)
наблюдается на экране в области перекрытия пучков, т.е. в области
АВ. Таким образом, если разность хода ко-
герентных волн
∆ меньше длины когерентности
0
L , то наблюдается стационарная интерференционная карти-
на. При
0
L>∆ наблюдение интерференции становится невозможным. Однако обеспечение временной коге-
рентности пучков света ещё недостаточно для наблюдения интерференционных полос. Так в опыте Т. Юнга
при использовании обычных источников света, необходимо, чтобы щель
S, свет от которой падает на два отвер-
стия
1
S
и
2
S , должна иметь малые размеры. При увеличении размеров щели S интерференционные полосы
становятся менее контрастны и могут исчезнуть совсем, несмотря на обеспечение временной когерентности
пучков.

Страницы