Когерентность световых волн

Когерентность (от латинского слова cohaerents - находящийся в связи, согласованный) - это согласованное протекание во времени и в пространстве нескольких колебательных или волновых процессов, например, колебаний вектора электрической напряженности световой волны. Световые волны когерентны, если разность фаз колебаний, возбуждаемых световыми волнами, остается постоянной во времени или непрерывно меняется по определенному закону. Если же разность фаз колебаний изменяется во времени случайным образом, принимая с равной вероятностью всевозможные значения в интервале (), то такие волны называются некогерентными.

Излучение источника света состоит из волн, испускаемых многими атомами. Время излучения отдельного атома чрезвычайно мало: с. При этом начальные фазы волн, соответствующие двум последовательным актам излучения, никак не связаны между собой, то есть принимает всевозможные случайные значения. Таким образом, в испускаемой телом световой волне излучение одной группы атомов через время порядка с сменяется излучением другой группы, причем начальная фаза результирующей волны претерпевает случайные изменения. Поэтому если наблюдать сложение волн от двух независимых источников света, то за время наблюдения, которое практически во всех случаях значительно превышает с (например, для визуального наблюдения это время больше 0,1 с), разность начальных фаз многократно изменится случайным образом. Вследствие этого среднее значение косинуса в выражении (4) за время наблюдения будет равно нулю, а интенсивность света будет определяться выражением:

, (6)

то есть равна сумме интенсивностей волн от каждого источника, и никакой интерференционной картины не наблюдается.

Невозможность осуществить независимые когерентные источники света заставляет прибегнуть к искусственному приему. Для этого свет от одного источника делят на два пучка, которые затем накладывают друг на друга. Такое деление можно выполнить, например, с помощью отражения. Эти пучки можно рассматривать как исходящие из двух совершенно одинаковых источников. Все элементарные акты излучения, происходящие в одном источнике, одновременно повторяются и в другом, поэтому световые волны когерентны. При наложении этих волн друг на друга образуется интерференционная картина. В этом случае разность начальных фаз колебаний остается постоянной во времени, поэтому среднее значение косинуса в выражении (5) за время наблюдения может не равняться нулю и принимать некоторое значение в интервале (-1, 1). При этом суммарная интенсивность света может быть как больше суммы интенсивностей волн от каждого источника, так и меньше. Максимально возможная суммарная интенсивность света при равна , а минимально возможная: .

Дата добавления: 2015-07-07