A koherencia lézersugarat

Definíció. koherencia - fix fázis közötti összefüggés az értékek a villamos tér különböző pontjain az űrben, vagy különböző időpontokban.

Koherenciája az egyik legfontosabb fogalom az optika és a képességére utal a fény, hogy az interferencia jelenségek. A fény koherens, ahol van egy rögzített fázisú közötti kapcsolat intenzitása az elektromágneses tér különböző pontjain a térben, vagy különböző időpontokban.

Részleges koherencia azt jelenti, hogy vannak (bár nem tökéletes) korrelációs értékei között a fázisok. Különböző módszerek léteznek a mértékének mennyiségi meghatározására koherenciát az alábbiakban leírtak szerint.

Ezen túlmenően, bizonyos folyamatok nevezzük módszerek vagy koherens vagy inkoherens. Ebben az esetben, „koherens” azt jelenti, lényegében „fázis-érzékeny.” Például koherens kombinálás alapuló módszer lézersugarak kölcsönös összhang.

A térbeli és időbeli koherencia

• Térbeli koherencia erős korreláció (vezetékes telefónia fázisok) között az elektromos mezőt különböző helyszíneken az egész gémkialakítású. Például, a gerenda keresztmetszete egy lézerdiffrakciós minőségű, az elektromos mező változik különböző helyeken egy fix módon, akkor is, ha egy ideiglenes szerkezet bonyolult szuperpozíciója különböző frekvenciájú komponensek. A térbeli koherencia szükséges feltétel a pontos irányt a lézersugár.

• időbeli koherencia erős korreláció az elektromos mező ugyanazon a helyen, de különböző időpontokban. Például, a kimenet egy frekvencia lézer nagyon nagy időbeli koherencia, mivel az elektromos mező alakul idővel előre kiszámítható módon: van egy tiszta szinuszos hosszú ideig.

Lézerek is bocsátanak ki fényt gerendák (például egy Gauss-nyaláb) egy nagyon nagy térbeli koherencia, és talán a legfontosabb alapvető különbség a lézersugárzás és a sugárzás a más fényforrások. A nagy térbeli koherenciáját abból ered, hogy az üreg mód, amely meghatározásra kerülnek a modell térben korrelált területen. Olyan helyzetekben, amikor csak az egyik üzemmódban rezonátor elegendő nyereséget lasing, hogy ki lehet választani csak egyetlen hosszanti módban lézer generálására egyfrekvenciás, is igen nagy időbeli koherencia.

A jobboldali ábra mutatja a különbséget a térbeli és időbeli koherencia. A felső ábrán a monokromatikus Gauss-nyaláb, amely bemutatja egy ideális térbeli és időbeli koherencia.

A középső ábrán a nyaláb nagy térbeli koherencia, de egy kis időbeli koherencia. Hullámfront -sztannánt és sugárminőség még mindig nagyon magas, de az amplitúdó és fázis a sugár mentén változik a terjedési irányát. Megjegyezzük, hogy az amplitúdó és a távolság a szélek változó lehet bizonyos mértékig. Ilyen sugárnyaláb lehet létrehozni, például a generáció egy supercontinuum.

Az alsó ábra egy lézersugárral rossz térbeli koherenciáját, de magas időbeli koherencia. Hullámfront deformálódnak, és ez vezet a magas és alacsony sugárdivergencia sugárminőséggel. Másrészt, a gerendát a monokróm, úgy, hogy a távolság a deformált élek állandó marad. Ilyen sugárnyaláb lehet elérni egyetlen frekvenciájú lézer sugárzás áthalad egy optikailag inhomogén anyag.

Mérése fokú koherenciát

Különböző módszerek léteznek a mértékének mennyiségi meghatározására koherencia:

• A korrelációs függvény jelzi a korreláció mértéke függ a térbeli vagy időbeli távolság.

• A kontraszt az interferencia által kialakított mintázat a szuperpozíció a két gerenda, azzal jellemezve, hogy fokú koherenciát.

• koherencia idő az az idő, amikor a koherencia elveszett.

• a koherencia hossza megegyezik a koherencia hossz, szorozva a fénysebesség vákuumban. Azt is leírja, a koherencia idő (nincs szóköz!) Valamint, hogy útvonal, amelyben ez a koherencia elveszett.

• A spektrális vonal szélessége egyetlen frekvenciájú lézer is nagymértékben függ a koherencia idő: keskeny spektrális vonal szélessége (magas monochromaticity) azt jelenti, magas időbeli koherencia.

A közötti kapcsolat az optikai teljesítményt és időbeli koherencia lehet szokatlan. Például, a sorrend a lézerimpulzusok módus-zárt (rögzített üzemmódú lézer) lehet egy nagy sávszélességű Fourier spektrumot diszkrét nagyon keskeny vonalak (→ jelentése fésűk). Időbeli koherencia igen nagy lehet, abban az értelemben, hogy van egy erős korreláció területen nagy késleltetések, amelyek közel állnak a többszöröse a pulzus időszakban.

A koherencia fontosságát a gyakorlati problémák megoldásában

Egyes alkalmazások szüksége a fény nagyon nagy térbeli és időbeli koherencia. Ez vonatkozik például, sok interferometriát alkalmazásokhoz. holográfia, hanem bizonyos típusú optikai érzékelők (például száloptikai érzékelő). Az ilyen funkciók fontosak a keverési technikák koherens lézersugarak.

Más alkalmazások esetében a koherenciát az alkalmazott fény legyen a lehető legalacsonyabb. Például, nagyon alacsony időbeli koherencia (de kombinálva nagy térbeli koherencia) szükséges koherencia tomográfia, ahol a nagy térbeli felbontású igényel alacsony időbeli koherencia. Alkalmas fényforrások az ilyen alkalmazások alapja lehet az erősítés a spontán emisszió (ASE) az optikai erősítő (superluminescent források), vagy a supercontinuum generációs nemlineáris médiában. Az alacsony fokú időbeli koherencia is hasznos lehet lézervetítéshez kijelzők, képalkotási és pointerek Alkalmazások mivel csökkenti a képződését a foltosság mintázat interferencia hatások és a hasonlók.

Koherencia kvantum optika

A kvantum optika, a „koherens” gyakran használják, hogy leírja a paramétereit kibocsátó atomok vagy ionok. Ebben az esetben, a koherencia arányára utal fázisok közötti komplex amplitúdók megfelelő elektronikus Államok. Ez fontos, például az összefüggésben lézerműködés inverzió nélküli. Van is a „koherens állapot” könnyű területen, amelynek van egy másik jelentése.