Оптика и квазиоптика СВЧ. Молотков Н.Я - 48 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

первом случае принято говорить, что световые пучки, идущие от отверстий
1
S
и
2
S пространственно коге-
рентны
, а во втором – пространственно некогерентны. Пространственная когерентность обеспечивает согла-
сованность колебаний различных точек источника. Минимальная площадь поперечного сечения
0
S пучка, ко-
торая обеспечивает согласованность излучения всех его точек в поперечном сечении, называется
площадью
пространственной когерентности
:
2
22
0
4
4
ϕ
πλ
=
π
=
d
S
. (2.2.17)
Следовательно, если свет монохроматичен, то нарушения когерентности носят чисто пространственный
характер, т.е. связаны с различным направлением световых лучей. Для плоских волн все направления одинако-
вы
)0( =ϕ , вследствие чего площадь когерентности
∞
→
0
S . Примером могут служить звёзды. Несмотря на их
громадные линейные размеры, свет от них доходит до нас с высокой степенью пространственной когерентно-
сти. Благодаря малой расходимости пучка лазерного излучения оно также обладает высокой пространственной
когерентностью. Поэтому при реализации опыта Юнга в лазерном свете не требуется щель или отверстие
S.
Значительной пространственной когерентностью обладает излучение рупорной антенны сантиметрового диапа-
зона, что также при постановке опыта Юнга не требует наличия дополнительной щели или отверстия
S.
В случае двух строго монохроматических волн с близкими частотами
1
ν
и
2
ν
интерференционную карти-
ну можно обнаружить, если её наблюдение производится в течение времени
ν∆
<<∆
1
t , где
21
ν
−
ν=ν∆ – раз-
ность частот монохроматических волн. Волны с близкими частотами
1
ν
и
2
ν
можно рассматривать как две
волны одинаковых частот, но начальная фаза одной из них периодически изменяется
tν∆π=δ 2 от 0 до
π
2 .
Такое изменение разности фаз
δ приводит к тому, что положение максимумов и минимумов интерференции
медленно изменяется, вследствие чего интерференционная картина перемещается, т.е. "плывёт". Это наблюда-
ется, например, в интерферометре Жамена при нагревании его толстых стеклянных пластин светом (§ 2.7). При
этом интенсивность результирующего поля в фиксированной точке пространства периодически изменяется в
частотой
ν∆ . Другими словами, в данном случае интерференционная картина будет нестационарной. Возник-
новение нестационарного интерференционного поля можно обнаружить, если излучение от двух независимых
генераторов СВЧ направить в любую точку пространства, где расположен зонд-детектор, соединённый с элек-
тронным осциллографом. Первый клистронный генератор работает на постоянной частоте
1
ν . Второй генера-
тор Г4-109 позволяет изменять частоту
2
ν и приближаться к частоте
1
ν
. Когда частоты
1
ν и
2
ν оказываются
близкими друг другу, на экране осциллографа, соединённым с зонд-детектором, наблюдается колебание с часто-
той
21
ν−ν=ν∆ , что говорит о периодическом изменении интерференционного поля в данной точке про-
странства, т.е. существование нестационарной интерференционной картины.
Из изложенного можно сделать вывод о том, что для наблюдения стационарной картины необходимо
обеспечить временную и пространственную когерентность волн, а также следить, чтобы электрические векторы
1
E и
2
E волн, т.е. их линии поляризации, были параллельны.
Волны с взаимно перпендикулярными линиями поляризации интерферировать не могут. Взаимодействие
таких волн, а также волн с произвольной ориентацией их линий поляризации будет рассмотрено в главе 4. Там
же мы обсудим суперпозицию волн с круговыми поляризациями.
2.3. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННАЯ ТЕОРИЯ ВОЛНОВОДОВ
Сверхвысокие частоты (СВЧ) от 3000 МГц и более не могут передаваться даже на малые расстояния с по-
мощью двухпроводной линии, так как потери энергии на излучение будут очень велики. Для передачи электро-
магнитных СВЧ-колебаний используются полые металлические трубы (
волноводы), которые следует рассмат-
ривать не как проводники электрического тока, а как своеобразные каналы, в которых распространяются элек-
тромагнитные волны. Как будет показано дальше, по волноводу могут распространяться, благодаря многократ-
ным отражениям от его стенок, лишь радиоволны, длина волны которых очень мала. Стенки волноводов при
этом выполняют функцию зеркала или экрана, не дающего волнам распространяться в разные стороны и за-
ставляющие их перемещаться только вдоль волновода.
Дадим элементарное изложение распространения электромагнитных волн в волноводе с прямоугольным
сечением. Рассмотрим процесс наложения двух когерентных плоских волн
1 и 2, распространяющихся под не-
большим углом друг к другу α (рис. 64). Допустим, что эти волны в свободном пространстве имеют длину
волны
λ и фазовую скорость c (скорость света в вакууме). На рисунке 64 сплошными и пунктирными линиями
показаны соответственно "гребни" и "впадины" для электрической составляющей волн в определённый момент
времени. Эти линии перпендикулярны к рассматриваемым лучам
1 и 2. Вектор
E
волн перпендикулярен к
плоскости чертежа. В выбранной системе координат электрические поля описываются уравнениями
(
)
zkxktE
zxmy
−
−
ω
=
ε cos
1
;

Страницы