ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Когерентность и источники света из "Введение в фурье-оптику " Для наблюдения интерференционных эффектов на экране в опыте Юнга необходимо, чтобы цуги волн света, приходящие к нему от двух апертур (В и С на рис. 1.1, а), налагались и имели одну и ту же частоту и чтобы разность фаз между ними была постоянной. Если бы эти условия выполнялись идеально, то можно бьшо бы сказать, что освещенности апертур когерентны. [c.14] Использование общего источника света, S на рисунке, для освещения обоих точечных отверстий является в определенной мере способом обеспечения требований когерентности. Каждая пара волновых фронтов, испущенных в В и С, обусловлена одним волновым фронтом от S. И если S является точечным источником, то все фронты испущенных им волн должны проходить определенные расстояния до В и С, сохраняя постоянную разность фаз между дифрагировавшими фронтами, исходящими из В и С. [c.14] Конечная продолжительность излучения атомом отдельного волнового цуга света означает, что он не может быть бесконечно длинным (мы проанализируем это более подробно в разд. 4.6). В результате он занимает некоторую (хотя и узкую) область частот, т.е. имеет полосу частот . Даже свет лазера обладает конечной полосой частот, хотя и предельно узкой, с соответствующей длиной цугов в несколько десятков километров. В типичных нелазерных источниках, называемых обычно тепловыми источниками, тепловые колебания излучающих атомов наряду с другими эффектами ухудшают когерентность света и ограничивают время, в течение которого волновой цуг можно рассматривать как аппроксимацию простого гармонического колебания. По этим причинам монохроматический свет от таких источников, как газоразрядные трубки, более правильно называть квазимонохрома-тическим. Белый свет является полной противоположностью лазерному и имеет столь короткие волновые цуги, что его нельзя отождествить ни с одной определенной частотой. [c.15] Если даже предположить, что источник S на рис. 1.1, а действительно является точечным, конечная длина когерентности означает, что для точек Р, достаточно удаленных от оси, длину I можно принять сравнимой с длиной волнового цуга. Волновые цуги, которые одновременно исходят из В и С (и своим происхождением обязаны одному волновому цугу, испущенному S), не должны тогда полностью накладываться в Р и, следовательно, видность полос должна снижаться. Еще дальше вдоль экрана полосы должны полностью исчезать, образуя непрерывный уровень освещенности, обусловленный отдельными независимыми вкладами от двух апертур. [c.15] С максимальной видностью. Однако реальный источник имеет конечный размер, и полосы, обусловленные излучением из других точек, смещены относительно полос, обусловленных излучением из S. Более того, при использовании обычных тепловых источников света вне зависимости от того, как велика временная когерентность, интерференционные картины, обусловленные светом, испущенным различными точками источника, являются полностью аддитивными по интенсивности (т. е. интерференция между ними отсутствует), поскольку они совершенно не связаны. Поэтому свет от всего источника вызьшает размытие полос, как показано на рис. 1.3, с вьггекающим отсюда уменьшением видности картины полос. [c.17] Таким образом, в общем случае поле освещенности от источника конечных размеров, если он даже полностью монохроматичен, вновь оказывается лишь частично когерентным, но на этот раз пространственно благодаря пространственному распределению яркости источника. Степень же когерентности между двумя точками поля физически проявляется в видности интерференционных полос, образуемых светом от этих двух точек. Фактическое соотношение между пространственной когерентностью и видностью полос рассматривается в разд. 6.4. [c.17] Это соотношение говорит нам о том, что для пространственной когерентности освещенности на точечных отверстиях В и С угол ф (в радианах), стягиваемый источником, должен быть существенно меньше, чем УО. С другой стороны, мы можем сказать, что в плоскости точечных отверстий освещенность обладает существенной пространственной когерентностью на участке длиной D, составляющем малую долю Х,/Ф долю, определяемую в соответствии с теми или иными экспериментальными требованиями. Это конкретное значение D называется (поперечной) шириной когерентности для освещенности на рассматриваемой плоскости. При достаточной информации об источнике зона когерентности в плоскости на заданном расстоянии от него может быть определена таким же образом. [c.17] Здесь уместно задержаться и постараться понять, что вне зависимости от того, сколь сильно может различаться когерентность поля освещенности от одной точки к другой, такие различия незаметны глазом глаз чувствителен только к интенсивности. [c.18] Возвращаясь к снижению видности полос, вызванному увеличением размера источника, заметим, что этот эффект служит основой измерения с помощью звездного интерферометра Майкельсона угловых диаметров звезд, слишком малых для измерений обычным способом на телескопе. Этот метод описывается в гл. 6, где показано также, каким образом изменения видности полос в зависимости от расстояния между двумя апертурами позволяют получить информацию о распределении яркости источника. [c.18] Наконец, мы должны заметить, что в отношении пространственной когерентности свет лазерных источников является исключением точно так же, как и для временной когерентности (разд. 1.2.1). Пространственная когерентность сохраняется непосредственно поперек лазерного пучка (причем его ширина для практических задач может быть увеличена без потери когерентности с помощью изготовленной соответствующим образом системы лшз-расширителя пучка). Очень похожими на свет лазера с точки зрения пространственной и временной когерентности являются радиоволны, излучаемые радиопередатчиками. [c.18] Вернуться к основной статье