Интерференция света. Временная и пространственная когерентность

Интерференция – одно из ярких проявлений волновой природы света. Это интересное и красивое явление наблюдается при определенных условиях при наложении двух или нескольких световых пучков. Интенсивность света в области перекрытия пучков имеет характер чередующихся светлых и темных полос, причем в максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей пучков.

При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра. С интерференционными явлениями мы сталкиваемся довольно часто: цвета масляных пятен на асфальте, окраска замерзающих оконных стекол, причудливые цветные рисунки на крыльях некоторых бабочек и жуков – все это проявление интерференции света. Первый эксперимент по наблюдение интерференции света в лабораторных условиях принадлежит И. Ньютону. Он наблюдал интерференционную картину, возникающую при отражении света в тонкой воздушной прослойке между плоской стеклянной пластиной и плосковыпуклой линзой большого радиуса кривизны (рис. 6.7.1). Интерференционная картина имела вид концентрических колец, получивших название колец Ньютона

Пространственная когерентность означает сильную корреляцию (фиксированную связь фаз) между электрическими полями в разных местах по всему профилю пучка. Например, в сечении пучка с лазерным дифракционным качеством, электрическое поле в разных местах колеблется фиксированным образом, даже если временная структура усложняется наложением различных частотных составляющих. Для пространственной когерентности необходимым условием является точная направленность лазерного луча.

• Временная когерентность означает сильную корреляцию между электрическими полями в одном месте, но в разное время. Например, на выходе одночастотный лазер может обладать очень высокой временной когерентностью, поскольку электрическое поле со временем развивается весьма предсказуемым образом: оно обладает чистым синусоидальным колебанием в течение длительного периода времени.

Лазеры могут излучать пучки света (например, гауссовые пучки) с очень высокой пространственной когерентностью, и это, пожалуй, самое принципиальное различие между лазерным излучением и излучением от других источников светаВ ситуациях, когда только одна мода резонатора имеет достаточное усиление для возникновения генерации, может быть выбрана только одна продольная мода для получения одночастотной генерации лазера, также с очень высокой временной когерентностью.

На рисунке справа показана разница между пространственной и временной когерентностью. На верхнем рисунке показан монохроматический гауссов пучок, демонстрирующий идеальную пространственную и временную когерентность.

На среднем рисунке показан пучок с высокой пространственной когерентностью, но с маленькой временной когерентностью. Волновые фронты образованные выше, и качество пучка по-прежнему очень высоки, но амплитуда и фаза луча изменяется вдоль направления распространения. Обратите внимание, что амплитуды и расстояния между фронтами могут варьироваться в некоторой степени. Такой пучок может быть создан, например, при генерации суперконтинуума.

На нижнем рисунке показан лазерный луч с плохой пространственной когерентностью, но с высокой временной когерентностью. Волновые фронты деформируются, и это приводит к высокой расходимости пучка и низкому качеству луча. С другой стороны, пучок монохроматичен, так что расстояние между деформированными фронтами остается постоянным. Такой пучок может быть получен при прохождении излучения одночастотного лазера через оптически неоднородные материалы.

Поиск по сайту: