تماسك

تعريف:
يتم تحديد علاقة المرحلة للمجال الكهربائي في مواقف أو أوقات مختلفة.

التماسك هو مفهوم مهم جدا في البصريات، مرتبط مباشرة بتأثير التداخل في الحقول الضوئية. عندما يتم تحديد اختلاف مرحلة المجال الكهربائي في مواقف أو أوقات مختلفة ، يُسمى المجال البصري متماسكًا.
ويشير التماسك الجزئي إلى وجود بعض التماسك في اختلاف المراحل. وهناك طرق مختلفة لتمثيل الاتساق كميا، وسوف يتم وصفها أدناه.  
كما يشار إليها عادة باسم عملية أو تكنولوجيا متماسكة أو غير متماسكة. في هذه المرحلة، يشير التماسك إلى الاعتماد على المرحلة. على سبيل المثال، يشير توليف الشعاع المتماسك إلى التماسك المتبادل بين الشعاع، في حين أن توليف الشعاع المكاني غير متماسك.  

 

الشكل 1: إن إدراج منظور في شعاع ليزر متماسك من الناحية المكانية ينتج نمط تداخل على الشاشة.  

كتالوج
 

1. مقارنة بين التماسك المكاني والتماسك الزمني
2. قياس الاتساق
3. أهمية الاتساق في التطبيقات
4. التماسك في البصريات الكمية

مقارنة بين التماسك المكاني والتماسك الزمني
هناك نوعان مختلفان من الاتساق:

• يمثل التماسك المكاني الارتباط القوي (علاقة المرحلة الثابتة) للمجالات الكهربائية في مواقع مختلفة.
• على سبيل المثال ، يتذبذب المجال الكهربائي في مواقع مختلفة داخل المقطع العرضي للشعاع الذي تولده الليزر مع خصائص شعاع حد الانحراف المختلفة بشكل متماسك تمامًا ، على الرغم من أن هيكله الزمني معقد ويتكون من مكونات من ترددات مختلفة مكدسة مع بعضها البعض. التماسك المكاني هو شرط أساسي للاتجاهية القوية لأشعة الليزر.  
• يشير التماسك الزمني إلى الارتباط القوي بين الحقول الكهربائية في نفس الموقع ولكن في أوقات مختلفة. على سبيل المثال ، فإن ضوء الخروج من الليزر ذات التردد الواحد له تماسك زمني عالي لأن تطور الوقت للمجال الكهربائي يتم تحديده ويتذبذب بشكل جيبي على مدى فترة طويلة من الزمن.  

يبين الشكل 2-4 الفرق في التماسك المكاني والزمني. يظهر الشكل 2 حزمة غاوس أحادية اللون كمرجع ، والتي لها اتساق كبير في المكان والزمن.  

  

الشكل 2: توزيع المجال الكهربائي لحزم غاوس مع ارتفاع التماسك المكاني والزمني في وقت واحد.  
الشعاع الوارد في الشكل 3 له اتساق مكاني عالي، ولكن اتساق زمني ضعيف. تظهر الجبهة الموجية في الشكل ، ولا تزال جودة الشعاع عالية نسبيا ، ولكن تغير نطاق ومرحلة الشعاع في اتجاه الانتشار. الامتداد المحلي والمسافة بين الجبهة الموجية تختلف. يمكن توليد هذا الشعاع من خلال مصدر ضوء فائق المستمر.  

  

الشكل 3: شعاع ليزر مع تماسك فضائي جيد ولكن ضعيف التماسك الزمني.  
التماسك المكاني لشعة الليزر في الشكل 4 ضعيف ، ولكن التماسك الزمني مرتفع. شهدت الجبهة الموجية تشوهًا ، مما أدى إلى زاوية اختلاف شعاع كبيرة وجودة شعاع ضعيفة.
ومع ذلك ، فإن الشعاع أحادي اللون ، لذلك فإن المسافة بين الجبهات الموجية المشوهة ثابتة. يمكن توليد هذا الشعاع بواسطة ليزر تردد واحد ، وعندما ينتشر ضوء الخروج في وسيط غير متساوي ، سيتم الحصول على الوضع الموضح في الشكل.  

  

الشكل 4: شعاع ليزر مع ضعف التماسك المكاني والتماسك الزمني الجيد.  

قياس الاتساق
هناك عدة طرق مختلفة لقياس التماسك كمياً: - استخدام معادلات التماسك لتمثيل التماسك كدالة عن المسافة المكانية أو الزمنية. هناك وظائف التماسك لأوامر مختلفة. يرتبط التماسك من الدرجة الأولى بالتطيف. تمثل معادلة التماسك من الدرجة الثانية التماسك الكثيف ، وهو تأثير التركيز الفوتوني أو مضاد التركيز.
تصف المعادلات ذات الترتيب الأعلى المزيد من التفاصيل. يصف الوقت المتماسك كميا التماسك الزمني من الدرجة الأولى ، والذي يشير إلى الوقت المطلوب لاختفاء التماسك. طول التماسك هو نتيجة وقت التماسك وسرعة ضوء الفراغ ، وبالتالي يستخدم لوصف خصائص التماسك الزمني ، أي طول الانتشار قبل اختفاء التماسك.
كما يرتبط عرض الخط لليزر ذات التردد الواحد بالتماسك الزمني ، مع عرض الخط الضيق (أحادية اللون العالية) المقابل للتماسك الزمني العالي. وتميز رؤية الشرائط بشكل رئيسي رؤية أنماط التداخل التي تشكلها تداخل الحقول الكهربائية.
العلاقة بين عرض النطاق الترددي البصري والتماسك الزمني مهمة للغاية. على سبيل المثال ، فإن قطار النبض الذي يولده الليزر المغلق في الوضع لديه عرض نطاق واسع ، ويحتوي طيف فورييه على خطوط منفصلة ضيقة (انظر مشط التردد).
تماسكها الزمني مرتفع لأنه لا يزال له تماسك قوي في الخلفية للتأخيرات الزمنية التي هي مضاعفات عددية صحيحة لفترات نبض طويلة. (راجع تماسك الضوء الفائق المستمر وتماسك النبضات القصيرة جداً.)

أهمية الاتساق في التطبيقات
بعض التطبيقات تتطلب الضوء ليكون له اتساق زمني ومكاني عال في وقت واحد. على سبيل المثال ، في مقاييس التداخل المختلفة ، والهولوغرافيا ، وبعض أجهزة الاستشعار البصرية (مثل أجهزة استشعار الألياف البصرية). كما أنه مهم جدا في تكنولوجيا توليف الشعاع المتماسكة.  
بعض التطبيقات تتطلب أقل تماسك ممكن للضوء. على سبيل المثال ، في التصوير المقطعي المتماسك ، يتطلب التماسك الزمني المنخفض جداً (في حين يتطلب التماسك المكاني العالي) الضوء ، مثل ما يتم توليده بواسطة مقاييس التداخل ، لتحقيق دقة مكانية عالية ، ويتطلب التماسك الزمني المنخفض.
بعض هذه الأنواع من مصادر الضوء ، مثل الانبعاثات العفوية المكبرة التي تولدها مكبرات الضوء الليزرية أو Supercontinuum التي تولدها وسائل الإعلام غير الخطية. كما يتطلب الضوء المتماسك الزمني المنخفض في تطبيقات مثل شاشات الإسقاط بالليزر والتصوير والأقلام الليزرية ، لأنه يقلل من البقع وغيرها من آثار التداخل المماثلة.  

التماسك في البصريات الكمية
في البصريات الكمية ، يستخدم التماسك بشكل شائع لوصف الحالات الذرية أو الأيونية للإشعاع الضوئي. في هذه المرحلة، يمثل التماسك العلاقة المرحلية للنطاق المعقد للحالة الإلكترونية. هذا مهم جدا في الليزر غير المنعكس. هناك أيضا مفهوم الحالات المتماسكة في المجال البصري ، والتي لها معاني أخرى.