Пространственная когерентность

 

Пространственная когерентность связана с тем, что естественный источник света является протяженным и имеет конечный угловой размер j . С протяженностью источника света связан разброс направлений волнового вектора . Это, в свою очередь, приводит к тому, что волновая поверхность в случае точечного источника, становится «псевдоволновой» для протяженного источника. Фаза колебаний при переходе от одной точки псевдоволновой поверхности к другой изменяется хаотическим образом. Для оценки степени пространственной когерентности вводится расстояние r_ког, при смещение на которое вдоль псевдоволновой поверхности случайное изменение фазы достигает значение p. Колебания в двух точках псевдоволновой поверхности, отстоящих друг от друга на расстояние, меньшее r_ког, будут приблизительно когерентными. Расстояние r_ког называется радиусом когерентности.

                                        r_ког ,                                (2.31)

где l — длина монохроматической волны; j — угловой размер источника света видимый из точки наблюдения интерференционной картины.

Таким образом, пространственная когерентность накладывает ограничение на расстояние d между двумя источниками света. Для того, чтобы две волны, возбуждаемые источниками находящимися на расстоянии d друг от друга, были когерентными, необходимо, чтобы:

                                  d < r_ког, d < .                           (2.32)

Вновь обратимся к схеме опыта Юнга. Опыт Юнга, проведенный в начале XIX в., впервые показал возможность наблюдения интерференции света от двух источников и таким образом экспериментально подтвердил волновую природу света. В опыте Юнга яркий пучок солнечных лучей освещал экран Э с малым отверстием S. Прошедший через отверстие свет вследствие дифракции образует расходящийся пучок, который падает на второй экран Э1 с двумя малыми отверстиями S₁ и S₂, расположенными близко друг к другу на равных расстояниях от S. Эти отверстия действуют как вторичные точечные синфазные источники, и исходящие от них волны, перекрываясь, создают интерференционную картину, наблюдаемую на экране Э2 (рис.2.4). Введение дополнительного экрана Э с отверстием S объясняется малой пространственной когерентностью естественных источников света. Допустим, что свет направляется к щелям S₁ и S₂ непосредственно от Солнца. Угловой размер Солнца 0,0087 рад, длину волны примем равной 550 нм. Тогда радиус когерентности r_ког 0,06 мм, а расстояние между щелями должно быть d < r_ког = 0,06 мм. Такое условие во времена Юнга выполнить было невозможно.

 

 

Рис.2.4

 

Введение дополнительного отверстия S, необходимого для когерентного возбуждения источников S₁ и S₂, резко уменьшает световой поток, что затрудняет осуществление опыта.

Интенсивность наблюдаемой в опыте Юнга интерференционной картины можно заметно увеличить, если вместо точечных отверстий S, S₁ и S₂ в экранах применить длинные узкие параллельные щели. Вид полос вблизи центра интерференционной картины будет при этом таким же, как и при использовании точечных отверстий. Поясним это. Если точечное отверстие S перемещать перпендикулярно плоскости чертежа на рис.2.4, то интерференционные полосы на экране Э2, полученные от точечных отверстий S₁ и S₂, будут просто смещаться вдоль своих направлений, т.е. перпендикулярно плоскости чертежа. Поэтому замена отверстия S длинной щелью, т.е. непрерывной цепочкой точечных некогерентных источников, не приведет к ухудшению четкости интерференционных полос. Аналогично, не ухудшит четкости и замена отверстий S₁ и S₂ на узкие длинные щели, перпендикулярные плоскости чертежа.

В современной модификации опыта Юнга в качестве источника используется лазер, излучение которого обладает высокой пространственной когерентностью. При этом для когерентного возбуждения вторичных источников S₁ и S₂ нет необходимости во вспомогательном отверстии S, так как в лазерном излучении световые колебания когерентны по всему поперечному сечению пучка.

 

⇐ Предыдущая16171819202122232425Следующая ⇒

Поделиться: