Свойства когерентности электромагнитного поля

СВОЙСТВА КОГЕРЕНТНОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ [c.52]

Свойства когерентности электромагнитного поля 53 [c.53]

Квантовомеханическое толкование свойств когерентности электромагнитного поля также связано с соответствующим рассмотрением классических соотношений. Поэтому мы начнем с изложения классического стохастического описания электромагнитного поля. Для наиболее наглядного представления понятия когерентности мы изберем путь простого скалярного рассмотрения. [c.167]

Излучение лазера когерентно, т. е. связанные с ним колебания электромагнитного поля имеют постоянный во времени сдвиг фазы для двух произвольных точек. Необходимо выделять временную и пространственную когерентность. Первая имеет место при наличии разности оптического пути лазерных лучей, а вторая — при рассмотрении фазовых свойств излучения из разных, разнесенных точек поперечного сечения пучка. [c.57]

Идеальный лазер генерирует когерентное электромагнитное излучение, которое описывается с помощью векторов электрического и магнитного полей. Поскольку распространение этого излучения подчиняется уравнениям Максвелла, мы сначала познакомим читателя с основными свойствами электромагнитных полей. [c.9]

Резонатор лазера (система зеркал, между которыми располагается активная среда) обеспечивает обратную связь между световой волной, испущенной какой-либо частью атомов вещества, и атомами, еще находящимися в возбужденном состоянии. В результате этого происходит упорядочение испускания фотонов атомами активного вещества независимо от момента самого акта испускания, т. е. переходы между верхним и нижним лазерными уровнями осуществляются когерентно. Одновременно лазерное излучение оказывается также монохроматическим. Благодаря применению резонатора лазерное излучение обладает и еще одним отличительным свойством высокой направленностью. Все вместе это приводит к тому, что с помощью лазерных источников света можно создать напряженности электромагнитного поля, близкие к внутриатомным. [c.672]

В гл. 1 и 2 были представлены общие методы описания электромагнитного поля излучения и его взаимодействия с веществом. В 3.1 мы применим эти методы к различным многофотонным процессам, таким, как многофотонное поглощение (разд. 3.13), генерация суммарных и разностных частот (разд. 3.14), параметрическое усиление (разд. 3.15) и вынужденное комбинационное рассеяние (разд. 3.16). На языке классического и полуклассического описания эти процессы называются нелинейными (ср. 2.3). Важными характеристиками этих процессов являются скорости переходов между состояниями атомных систем под влиянием излучения, скорости генерации фотонов, эффективные сечения, ширины линий и дисперсионные кривые. Все эти свойства могут быть непосредственно сопоставлены с экспериментальными данными. При этом возникает задача установления функциональной зависимости указанных величин от параметров взаимодействия, от констант атомной и электромагнитной систем и от заданных условий эксперимента. С другой стороны, должны быть сделаны количественные оценки порядков величин. На этой основе в дальнейшем можно будет провести анализ характерных для тех или иных процессов пространственно-временных явлений, таких, например, как усиление или поглощение электромагнитного излучения, инверсия населенностей атомных состояний и др. В 3.1 остаются вне рассмотрения особые проблемы, связанные с нестационарными процессами и взаимным влиянием свойств когерентности и нелинейных процессов. Они трактуются с единой точки зрения в 3.2 и 3.3. При этом в зависимости от поставленной задачи и от требуемой примени- [c.266]

Вынужденное излучение (рис. 16.5, в). Атом переходит мз возбужденного состояния в основное, но не самопроизвольно, а под воздействием внешнего электромагнитного поля Вероятность вынужденного излучения равна B 1] . Число фотонов увеличивается на единицу. В отличие от спонтанного процесса, при котором фотоны испускаются различными атомами независимо друг от друга, при вынужденном излучении новый фотон неотличим по своим свойствам от фотона, вызвавшего переход. Все фотоны, возникшие в результате вынужденного излучения, имеют одинаковую частоту, фазу, направление распространения и поляризацию. Таким образом, вынужденное излучение когерентно (см. главу 5). [c.250]

Среди разнообразных объектов рассеяния особый класс составляют дифракционные решетки, обладающие способностью интерференционного суммирования полей рассеяния отдельных элементов. Благодаря этому в оптическом диапазоне удалось осуществить пространственно-когерентное рассеяние, использовать решетку как элемент, обеспечивающий частотную избирательность. На наш взгляд, в настоящее время наступает новый этап в теории и практике рассеяния волн на периодических структурах, связанный с освоением милли- и субмиллиметрового диапазонов волн, развитием квазиоптической техники. С одной стороны, поперечные размеры пучков поля здесь существенно превышают длину волны и периодические структуры могут быть столь же широко использованы, как и в оптике. С другой — еще сохраняются технологические возможности создания решеток с элементами заданной конфигурации. В целом это открывает широкие возможности для создания элементной базы милли- и субмиллиметрового диапазонов, опирающейся именно на резонансные свойства решеток. При этом идеи резонансных устройств СВЧ диапазона объединяются с фундаментальными достижениями оптической техники, что способствует замыканию освоенного диапазона электромагнитных колебаний. [c.5]

Из приведенных в п. 3.122 уравнений полуклассической теории можно найти полностью определенные во времени функции электрического поля, поляризации, электромагнитной энергии или чисел фотонов сказанное справедливо также и для величин ЛЛ и Q, входящих в уравнения баланса полной квантовой теории, поскольку эти уравнения применяются к квантовомеханическим математическим ожиданиям скоростей изменений вероятностей переходов. Эту теорию можно использовать для описания непрерывно протекающих процессов так, например, ею можно воспользоваться для получения стационарных и нестационарных решений для среднего числа фотонов и средней инверсии в лазере. Однако следует помнить, что в действительности эти процессы протекают дискретно вследствие квантовой природы как атомов, так и излучения. Поэтому неизбежны стохастические отклонения от названных выше средних значений. Они оказываются ответственными за некоторые другие свойства лазера, такие, как минимальная достижимая ширина линии и когерентные свойства излучаемого света. [c.300]

В главах 1 и 2 книги содержатся сведения о турбулентных флуктуациях показателя преломления и методах теории распространения электромагнитных волн оптического диапазона в случайно-неоднородных средах. Специальный раздел посвящен методам решения задач на локационных трассах. В главах 3—6 излагаются результаты экспериментальных и теоретических исследований статистических характеристик поля пучков оптического излучения, распространяющегося в турбулентной атмосфере на связных трассах. Анализируются средняя интенсивность, когерентность, пространственно-временная структура флуктуаций фазы и интенсивности излучения, случайная рефракция оптических пучков в зависимости от турбулентности на трассе и параметров приемной и передающей оптических систем. В главах 7 и 8 рассматриваются результаты исследований распространения лазерного излучения на локационных трассах. Дается последовательный теоретический анализ влияния интенсивности турбулентности, свойств отражающей поверхности и параметров лазерного источника, отражателя и приемника на эффекты, обусловленные корреляцией встречных волн. Систематизируются результаты экспериментальных исследований распространения лазерного излучения на трассах с отражением в турбулентной атмосфере. В главе 9 описаны методы и аппаратура лазерного зондирования атмосферной турбулентности. [c.6]

Любой объект как источник излучения возбуждает вокруг себя электромагнитное поле, классическим описание1и которого являются электрический вектор Е(г, t) к вектор магнитной шдукции Н(г, t) как функции координат г любой точки электромагнитного поля и времени /. Эти векторы описывают пространственное распределение электромагнитного поля вместе со всей совокупностью его свойств — монохроматичностью, когерентностью, поляризационными свойсгвамя [11]. Наряду с векторным представлением электромагнитного поля >1спользуется скалярное представление через декартовы компоненты соо"ветствующих векторов [c.39]

СЖАТОЕ СОСТОЯНИЕ электромагнитного поля — состояние доля, при к-ром дисперсии флуктуаций канонически сопряжённых компонент поля не равны. Возможны классич. и квантовые С. с. В первом случае оказываются неравными дисперсии квадратур классич. флуктуаций (см. [1], с. 125) для квантового С. с. дисперсия любой одной канонически сопряжённой компоненты меньше дисперсии в когерентном состоянии. Понятие С. с. возникло в процессе изучения (I960—70-е гг.) статистич. характеристик излучения (долазерные эксперименты по корреляциям интенсивности), детального исследования необычных свойств лазерного света. Различают С. с. квадратурносжатые н состояния с подавленными флуктуациями числа фотонов или фазы. [c.488]

Теоретическое моделирование работы ГЛОН можно базировать на двух принципиально разных подходах. Первый подход — метод скоростных (балансных) уравнений, который успешно применен при моделировании лазеров, в которых несущественны когерентные явления. Он позволил точно проанализировать многие свойства ГЛОН, в первую очередь зависимость их выходных параметров от давления газа. Второй подход основывается на использовании аппарата матрицы плотности при описании взаимодействия среды генератора (усилителя) с электромагнитным полем резонатора и носит название полуклассического метода. Полу- [c.144]

Преобразование Френеля тесно связано с преобразованием Фурье. Разложением ядра преобразования Френеля можно показать, что функции (x)exp(—/nsA V ) и f y) exp jnsy lX) связаны друг с другом преобразованием Фурье. Наоборот, если f y) и g(x) — пары преобразования Фурье, то можно показать, что пара g (х) ехр(/язл /Х) и /(г/) ехр(—jnsy lK) связана преобразованием Френеля. В этих выражениях умножение на квадратичный фазовый множитель аналогично виду преобразования, осуществляемого тонкой линзой над комплексной амплитудой падающего на нее светового поля [14, гл. 5]. То, что распространение электромагнитного поля между линзами можно описать, с помощью преобразования Френеля (или свертки с фазовым множителем), позволяет изучать свойства когерентных оптических процессоров, в которых основными операциями являются умножение и свертка [7], на основе алгебраических соотношений. Преобразование Френеля применяется также при исследовании голограмм Френеля и анализе систем воспроизведения с апертурами, кодированными зонной пластинкой. [c.34]

Широко известны различные примеры проявления этих специфических свойств лазерного излучения. Так, например, в различных прозрачных средах возникает его самофокусировка, т. е. нарушается один из основных законов оптики — закон прямолинейного распространения света. Самофокусировка обусловлена большой интенсивностью лазерного излучения, под действием которого изменяется коэффициент преломления среды. Другой хорошо известный пример — возможность разделения изотопов ла-эерным излучением за счет высокой монохроматичности излучения и его селективного воздействия па состояния сверхтонкой структуры атомных спектров. Когерентность лазерного излучения и, в частности, его экстремально малая расходимость позволяют фокусировать излучение в кружок, диаигетр которого порядка длины волны излучения, т. е. порядка 1 мкм. При длительности лазерного импульса порядка фемтосекунд длина цуга, т. е. той области пространства, где локализовано электромагнитное поле вдоль направления его распространения, составляет величину порядка 10 см, т. е. величину порядка длины волны излучения Можно привести и другие примеры, столь же принципиально противоречащие привычным представлениям, сложившимся в до-лазерную эпоху, когда существовали лишь некогерентные источники излучения. [c.6]

Когерентные состояния занимают центральное по важности положение в квантовой механике и, в частности, в квантовой оптике. Это состояния гармонического осциллятора, которые максимально возможным образом близки к классическому движению частицы в квадратичном потенциале. Такие состояния были введены для механического осциллятора Э. Шрёдингером для того, чтобы избежать нежелательных свойств расплывания волновых пакетов. Осцилляторы квантованных электромагнитных полей были детально исследованы Р. Глаубером, Дж. Клаудером и Ю. Сударшаном. С учётом особой важности таких состояний для квантовой оптики, мы отведём обсуждению их свойств заметное место. В данном разделе будет дано только краткое введение, основанное на аналогии с механическим осциллятором. Полный формализм когерентных состояний будет рассмотрен в разделе 11.2. [c.133]

Квантовая электроника достигла больших успехов в создании лазерных источников света с высокой напряженностью поля, хорошими когерентными свойствами, перестраиваемой частотой и регулируемым распределением излучения во времени. Созданы также регистрирующие устройства высокого временного и спектрального разрешения. С помощью этой новой совершенной аппаратуры в последние годы удалось провести многочисленные и качественно новые эксперименты по взаимодействию межДу электромагнитными полями н атомными системами. Одновременно продолжалось теоретическое изучение таких взаимодействий и была создана теория процессов, происходящих в сильных когерентных полях, причем в зависимости от характера конкретных процессов на передний план в большей или меньшей степени выдвигались квантовые свойства атомных систем нли поля излучения. В некоторых случаях учитывались сразу квантовые свойства как атомных систем, так и поля излучения. Эти экспериментальные и теоретические исследования в нелинейной оптике позволили получить принципиально новую информацию о процессах взаимодействия между светом и атомными системами в различных состояниях, а также о физических и химических свойствах веществ и о параметрах процессов, влияющих на ход нелинейных оптических явлений. Открылись новые горизонты в спектроскопии, фотофизике, фотохимии и квантовой электронике, а также в области их технических применений. [c.8]

Затем следует гл. 1, включающая свойства изолированного от атомных систем электромагнитного поля. Они рассматриваются как с классической, так и с квантовофизической точек зрения. При этом особое внимание уделяется когерентным состояниям (глауберовские состояния), представлению с помощью когерентных состояний, проблеме собственных значений напряженности электрического поля, а также корреляционным свойствам. [c.9]

В разд. 2.13 мы дали квантовое описание взаимодействия между электромагнитным излучением и атомными системами, причем было установлено, что только таким путем может быть достигнуто полное согласие со всеми экспериментальными фактами. В особенности это относится к явлениям спонтанного излучения и к устанавливающимся индуцированным процессам. Однако для многих важных классов явлений уже полуклассическое описание (ср. разд. 2.12), т. е. описание взаимодействия классических электромагнитных полей с квантованными атомными системами, приводит к результатам, достаточно хорошо согласующимся с экспериментальными данными. В связи с обсуждением свойств изолированного поля излучения в п. 1.322 было показано, что поля с высокой напряженностью и с малыми изменениями этой напр-яженности могут быть изучены на основе классической теории.В этом смысле электромагнитные поля в НЛО можно трактовать классически (если только не интересоваться возникновением волн из спонтанного процесса, из шумов и ограничиться взаимодействием сильных когерентных волн). Благодаря этому вычисления становятся проще и нагляднее, а отчасти вообще впервые становятся выполнимыми в явном виде. [c.211]

Оптические вычисления, под которыми подразумевают выполняемые оптическими методами операции с дискретными числовыми данными, являются новинкой в долгой истории развития оптической обработки сигналов. Утверждения о том, что оптические методы могут успешно конкурировать и теоретически превзойти по своим возможностям электронные методы обработки данных, впервые привлекли серьезное внимание в середине 1970-х гг. [I, 2], а в последнее время в этом направлении возник настоящий шквал публикаций. Сначала может показаться, что электромагнитные поля оптического диапазона непригодны для реализации цифровой логики, так как они распространяются линейным и непрерывным образом, в то время как поток электронов в цепи может быть просто преобразован в дискретные двоичные уровни. Одпако имеются три свойства оптики, которые делают ее привлекательной для цифровых вычислений. Первое — это широкая полоса частот оптических источников, которая может для полупроводниковых лазеров достигать гигагерц. Второе — это широкая полоса пространственных частот. Двумерная оптическая система может иметь крайне большое число элементов, разрешающих изображение, каждый из которых можно рассматривать как отдельный канал связи, а все они параллельно передают сигнал в одной и той же системе. В случае пекогерентного освещения все разрешающие ячейки оптической системы являются взаимно независимыми. При освещении когерентным светом каналы являются связанными между собой, что приводит к исключительно высокой степени организации межэлементных соединений. Третьей, относящейся к оптическим соединениям, характеристикой является отсутствие интерференции при распространении сигналов, что иногда описывают как возможность пересечения оптических проводов . Два оптических поля могут распространяться друг через друга, не оказывая взаимного влияния. Эти [c.182]

Наряду с быстрым развитием технических средств исследования свойств фотонов оптического диапазона большие успехи в этом направлении имеются в последние годы и в радиодиапазоне. Энергия фотонов радиодиапазона исключительно мала, намного меньше, чем тепловые флуктуации энергии, равные по порядку величины кТ (Т —шумовая температура в большинстве усилителей она принимается равной комнатной температуре). Следовательно, до сих пор в радиотехнике не было большой необходимости учитывать корпускулярную структуру поля. Однако недавнее изобретение малошумящих усилителей, использующих явления парамагнитного резонанса, до такой степени снизило шумовую температуру регистрирующих устройств, что при дальнейшем их совершенствовании окажется вполне возможной регистрация отдельных фотонов. Таким образом, даже в диапазоне СВЧ приходится в настоящее время учитывать корпускулярную структуру поля. Исследование корпускулярной природы электромагнитных полей представляет интерес еще и потому, что она ставит принципиальные ограничения при передаче информации с помощью этих полей. В данных лекциях мы не будем касаться вопросов теории информации, но сделаем некоторые замечания, относящиеся к теории шумов. Теория шумов является классической формой теории флуктуаций электромагнитного поля и, вполне естественно, связана с теорией квантовых флуктуаций электромагнитного поля. Все перечисленные выше вопросы составляют один общий раздел, который можно назвать статистикой фотонов. В него входит также теория когерентности, которая ставит сввей целью нахождение удобных способов классификации статистического поведения полей. [c.4]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...