Когерентность

Определения:
Определены фазовые отношения электрического поля в разных местах или в разное время.

когерентность - очень важная концепция в оптике, которая напрямую связана с интерференционным эффектом светового поля. Когда разность фаз электрического поля в разных местах или в разное время определена, световое поле считается когерентным.
Частичная когерентность указывает на некоторую когерентность фазовой разницы. Существуют различные методы количественного представления когерентности, описанные ниже.
Кроме того, процесс или технология часто называют взаимосвязанными или некорректными. В данном случае речь идет о связи с фазой. Например, когерентный синтез лучей означает, что лучи взаимосвязаны, в то время как пространственный синтез лучей не имеет значения.

 

Рисунок 1: Вставьте призму в космический когерентный лазерный луч, чтобы создать интерферометрическую картину на экране.

Содержание
 

1. Соотношение пространственной и временной корреляции
2. Количественная когерентность
3. Значение релевантности в применении
4. когерентность в квантовой оптике

Соотношение пространственной и временной корреляции
Существуют две разные взаимосвязи:

• Пространственная когерентность означает, что электрическое поле имеет сильную корреляцию (фиксированную фазовую зависимость) в разных местах.
• Например, в сечении луча, создаваемого лазерами с различной дифракционной предельной массой луча, электрические поля в разных местах являются полностью когерентными колебаниями, хотя их временная структура сложна и складывается из компонентов, наложенных на разные частоты. Космическая когерентность является основной предпосылкой сильной ориентации лазерного луча.
• Время когерентное, электрическое поле имеет сильную корреляцию в разное время в одном и том же месте. Например, выходной свет одночастотного лазера имеет высокую временную когерентность, поскольку временная эволюция электрического поля определяется синусоидальными колебаниями в течение длительного периода времени.

Рисунок 2 - 4 показывает разницу между пространственной и временной когерентностью. На рисунке 2 показан монохромный гауссовый луч в качестве ориентира, который имеет высокую пространственную и временную когерентность.

  

Рисунок 2: Распределение электрического поля гауссовых лучей с высокой пространственной и временной когерентностью.
Луч на рисунке 3 имеет высокую пространственную когерентность, но плохую когерентность во времени. Как показано на рисунке, масса луча все еще относительно высока, но амплитуда и фаза луча изменяются в направлении распространения. Изменяются локальные амплитуды и интервалы волнового фронта. Этот луч может быть создан сверхнепрерывным источником света.

  

Рисунок 3: Лазерный луч с хорошей пространственной когерентностью и плохой когерентностью во времени.
Лазерный луч на рисунке 4 имеет плохую пространственную когерентность, но высокую когерентность во времени. Волновой фронт деформируется, поэтому луч имеет большой угол рассеяния и плохую массу.
Однако этот луч монохромный, поэтому интервал деформированного фронта является постоянной. Этот луч может генерироваться одночастотным лазером, что видно на рисунке, когда выходной свет распространяется в неизотропной среде.

  

Рисунок 4: Лазерный луч с плохой пространственной когерентностью и хорошей временной когерентностью.

Количественная когерентность
Существует несколько различных способов количественной оценки когерентности: - использование когерентного уравнения для представления когерентности как функции пространственного или временного расстояния. Существуют когерентные функции различного порядка. Первая когерентность связана со спектром. Уравнение когерентности второго порядка указывает на когерентность интенсивности, то есть на сгруппирование фотонов или эффект обратного сгруппирования.
Уравнения более высокого порядка описывают больше деталей. Количественное описание когерентного времени первого порядка когерентности означает время, необходимое для когерентного исчезновения. - Длина когерентности - это время когерентности, умноженное на вакуумную скорость света, и поэтому используется для описания характеристик когерентности времени, то есть длины распространения до исчезновения когерентности.
- Ширина линии одночастотного лазера также связана с временной когерентностью, а узкая ширина линии (высокая монохроматическая) соответствует высокой временной когерентности. - Видимость полос в основном характеризует видимость интерферометрических изображений наложения электрического поля.
Отношения между полосой пропускания света и временной когерентностью более важны, например, импульсные ряды, генерируемые лазером с запирающим модулем, имеют очень широкую полосу пропускания, а спектр Фурье содержит очень узкие дискретные линии (см. расческу частоты).
Его временная когерентность высока, потому что она по - прежнему очень когерентна для заднего поля с целыми задержками в течение длительного импульсного цикла. (См. когерентность сверхнепрерывного света и когерентность сверхкоротких импульсов.)

Значение релевантности в применении
Некоторые приложения требуют света с высокой временной и пространственной когерентностью. Например, в различных интерферометрах, голографии и некоторых оптических датчиков (например, волоконно - оптических датчиков). Это также очень важно в технологии синтеза когерентных лучей.
Некоторые приложения требуют, чтобы свет был менее когерентным, чем лучше. Например, в когерентной томографии свет требует очень низкой временной когерентности (в то же время высокой пространственной когерентности), как если бы он был создан интерферометром, и для получения высокого пространственного разрешения требуется низкая когерентность времени.
Некоторые источники света этого типа, такие как увеличенное спонтанное излучение, создаваемое лазерными усилителями, или сверхнепрерывное образование в нелинейной среде. В таких приложениях, как лазерная проекция, визуализация и лазерные ручки, также требуется свет с низкой степенью когерентности во времени, поскольку это уменьшает пятна и другие аналогичные интерферометрические эффекты.

когерентность в квантовой оптике
В квантовой оптике когерентность обычно используется для описания атомных или ионных состояний светового излучения. В этом случае когерентность представляет собой фазовую зависимость амплитуды электронного синтеза. Это очень важно в лазерах без инверсии. Существует также понятие когерентного состояния светового поля, которое имеет другие значения.