ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Когерентность (монохроматичность) из "Лазеры и голография " В предыдущей главе мы использовали для получения голограмм волны, имеющие одинаковую длину волны, или — что то ше самое — одну и ту же частоту. Обычно говорят, что такие волны обладают хорошей монохроматичностью, или частотной когерентностью. Световые волны с чрезвычайно высокой степенью частотной когерентности дает лазер (особенно газовый лазер). Поскольку когерентные волны очень важны в голографии, рассмотрим подробнее, что такое когерентность. [c.27] Еще более сложен по своей структуре шум. Шумы слишком неупорядоченны и поэтому малокогерентны. Примером таких шумов могут быть рев реактивного самолета и завывание ветра в штормовую погоду. Эти звуки имеют широкий непрерывный спектр частот. Примерный анализ звукового шума представлен на рис. 18. [c.29] О звуке с частотной диаграммой, показанной на рис. 16, говорят как о совершенно чистом монохроматическом звуке. Другими словами, этот звук имеет бесконечную частотную когерентность. В действительности таких абсолютно совершенных волн нет. Однако можно указать, в какой степени волна приближается к совершенной. На рис. 19 показано спектральное представление звука, близкого к шуму с очень узкой полосой частот. Величина, равная отношению ширины полосы частот к центральной частоте, говорит о том, насколько данный звук отличается от монохроматического. На рис. 19 ширина звуковой частотной полосы 10 гц, а центральная частота 1000 гц. Это значит, что для такого звука разброс частот составляет один процент или что относительная ширина звуковой полосы равна одному проценту. [c.29] Существует еще один способ показать, насколько когерентная волна отличается от совершенной. Для этого необходимо знать стабильность ее частоты. Сам факт существования разброса частот свидетельствует о том, что частота звукового тона колеблется, увеличиваясь и уменьшаясь в пределах полосы частот. Другими словами, частота тона не является абсолютно постоянной, а может, к примеру, изменяться на один процент (рис. 19). Иначе говоря, нестабильность (или стабильность) частоты составляет одну сотую. Чтобы достигнуть высокой частоты звукового тона, или частотной стабильности, в электронных генераторах звуковых волн (так называемых осцилляторах), которые обычно используются в электронных органах, применяют всевозможные приспособления. При этом отпадает необходимость в периодической настройке инструмента. Частотная стабильность некоторых генераторов звуковых волн составляет одну миллионную, а иногда бывает даже меньше. [c.30] Для ползгчения голограмм наиболее часто используется газовый лазер, имеющий высокую стабильность по частоте. Другие виды лазеров, в частности импульсный лазер, дают очень интенсивный, но менее когерентный свет. Свет всех ранее известных источников (одним из них пользовался Габор в 1947 году) менее интенсивен и менее когерентен. [c.31] Таким образом, лазеры испускают свет с очень высокой частотной когерентностью. Однако для голографии важен еще второй тип когерентности, а именно пространственная кодерентность. [c.31] для голографии необходимы как пространственная, так и частотная когерентность волн. К счастью, существуют генераторы, которые порождают волны с хорошей частотной когерентностью, причем эти же генераторы обычно могут образовывать волны с хорошей пространственной когерентностью. [c.31] На рис. 20 показано, как с помощью металлической микроволновой линзы можно преобразовать круговую картину микроволн, исходящих из волновода (левая часть снимка), в плоскую (правая часть снимка). Следовательно, когерентные микроволны, так же как и когерентные звуковые волны, можно превратить в когерентные плоские волны. Как сферические звуковые волны (рис. 2) и сферические микроволны (рис. 3) структурно аналогичны световым сферическим волнам (рис. 11), так и плоские микроволны (рис. 20) аналогичны плоским световым волнам (рис. 11). [c.33] На рис. 22 показано, как проходят через акустическую линзу сферические звуковые волны, источником которых является рупор. Линза преобразует расходящиеся волны в сходящиеся, а в окрестности фокуса сходящиеся волны снова становятся расходящимися, причем эта картина излучения аналогична той, какая была бы получена от источника звука (такого же, как рупор на рис. 22 слева), помещенного в фокус линзы. [c.34] Обычно световые волны имеют очень короткую длину волны. Мы уже отмечали, что длина волны фиолетового света 4064-Ю сж, то есть диаметр 4,064 см оптической линзы превышает длину волны фиолетового света в 100000 раз. Поскольку длина световых волн чрезвычайно мала, то невозможно построить генератор световых волн, размеры которого были бы порядка длины волны света. Поэтому для получения пространственно когерентных световых волн все только что рассмотренные системы, генерирующие пространственно когерентные звуковые волны или радиоволны, совершенно непригодны. [c.38] Таким образом, чтобы создать когерентный свет, необходимо достигнуть, во-первых, хорошей частотной когерентности, а во-вторых, хорошей пространственной когерентности. Обычные источники света, такие, как, например, лампы накаливания, дают спектр, подобный шуму, с ничтожно малой степенью частотной когерентности. Кроме того, их излучающая поверхность намного превосходит длину волны света. Даже если представить, что каждый крошечный участок излучающей поверхности генерирует свет одной частоты, то все равно пространственной когерентности не было бы, поскольку миллионы крошечных источников светящейся поверхности независимо друг от друга излучали бы свет совершенно беспорядочно. Такой свет с высокой частотной когерентностью, но совершенно низкой пространственной когерентностью напоминал бы лазерный свет, прошедший сквозь экран, изготовленный из матового стекла. [c.38] Как мы увидим в следующей главе, к счастью, лазеры отличаются от известных ранее источников света в двух отношениях. Во-первых, лазерный свет возникает за счет одного энергетического электронного перехода в атомах вещества. Поэтому спектр частот его очень узок — лазерный свет монохроматичен (одноцветен). Во-вторых, в процессе создания света участвуют отражающие плоскости, так что генерируемый свет представляет собой плоские волны, волновой фронт которых в поперечнике во много раз превосходит длину волны. Таким образом, лазеры позволили получить свет, обладающий как хорошей частотной, так и хорошей пространственной когерентностью. [c.38] Вернуться к основной статье