Проблема когерентности световых волн

Используя малость угла ,получим расстояние между мнимыми источниками

и ширину интерференционной полосы

где Хотя при отраже

нии от зеркала происходит фазовый сдвиг дополнительной разности фаз не возникает, так как сдвигаются фазы обоих пучков.

3. Зеркало Ллойда

Прямой пучок от источника интерферирует с пучком, отраженном от зеркала под углом, близким к прямому. Таким образом, источниками когерентных волн являются источник S и его мнимое изображение в.

В отличии от схем Френеля в схеме Ллойда апертура интерференции сильно зависит от того, для какого места на экране исследуется интерференция. Она тем меньше, чем ближе это место в центру поля. Поэтому для точек экрана, близких к плоскости зеркала, можно пользоваться сравнительно широкими источниками, и установка получается достаточно светосильной; однако при этом на некотором расстоянии от плоскости зеркала полосы размываются.

4. Светосильное расположение (Р. Поль).

Свет от источника S отражается от двух поверхностей тонкой плоскопараллельной пластинки (тонкий лист слюды), толщина которой l не превышает 0,03-0,05 мм. Таким образом, источниками когерентных волн являются и - мнимые изображения S. Расстояние

Апертура интерференции не зависит от точки интерференционного поля, т.е. от угла .Из чертежа найдем

где A=SO – расстояние от источника до слюды, а K=MN – расстояние от слюды до экрана. Так как гораздо меньше A+K, то даже при апертура интерференции будет очень мала. В соответствии с этим размер источника можно выбрать большим, дающим, следовательно, большой световой поток. Поэтому данное расположение отличается большой светосилой и может быть легко продемонстрировано. Угловой размер интерференционного поля очень велик. Располагая листком слюды площадью в несколько квадратных сантиметров, можно получить от небольшой ртутной лампы яркую интерференционную картинку, покрывающую потолок и стены аудитории.

Так как расстояние A+K весьма значительно, то на экране получаются очень широкие полосы интерференции.

Лазеры

Лазеры - это генераторы и усилители когерентного излучения в оптическом диапазоне, действие которых основано на индуцированном (вызванном полем световой волны) излучении квантовых систем - атомов, ионов, молекул, находящихся в состояниях, существенно отличных от термодинамического равновесия. Лазеры, как и мазеры, генераторы и усилители СВЧ диапазона, называют еще квантовыми генераторами (усилителями), поскольку поведение участвующих в их работе частиц описывается законами квантовой механики. Принципиальным отличием лазеров от всех других источников света (тепловых, газоразрядных и др.), представляющих собой по сути дела источники оптического шума, является высокая степень когерентности лазерного излучения. С созданием лазеров в оптическом диапазоне появились источники излучения, аналогичные привычным в радиодиапазоне генераторам когерентных сигналов, способные успешно использоваться для целей связи и передачи информации, а по многим своим свойствам - направленности излучения, полосе передаваемых частот, низкому уровню шумов, концентрации энергии во времени и т.д. - превосходящие классические устройства радиодиапазона.

Лазеры обладают чрезвычайно высокой по сравнению с другими источниками света степенью когерентности излучения, временной и пространственной. При работе лазера в одномодовом режиме достигается полная пространственная когерентность, что определяет высокую направленность лазерного излучения и делает возможным его фокусировку в пятно чрезвычайно малых размеров (порядка длины волны). Временная когерентность, связанная с монохроматичностью (время когерентности tk = 1/ Dnh), оказывается тоже очень высокой. Так, для непрерывно работающего лазера на He-Ne в одночастотном режиме при Dnh ї 1 кГц tk = 10- 3 с и длина когерентности lk = tkc (с - скорость света) составляет 3 " 107 см (300 км), в то время как для нелазерных источников света (например, натриевая лампа) tk = 10 c (lk = 3 см). Таким образом, с использованием лазеров можно наблюдать интерференционную картину даже при разности хода лучей в несколько километров.

Появление лазеров сразу оказало и продолжает оказывать влияние на различные области науки и техники, где стало возможным применение лазеров для решения конкретных научных и технических задач. Проведенные исследования подтвердили возможность значительного улучшения многих оптических приборов и систем при использовании в качестве источника света лазеров и привели к созданию принципиально новых устройств (усилители яркости, квантовые гирометры, быстродействующие оптические схемы и др.). На глазах одного поколения произошло формирование новых научных и технических направлений - голографии, нелинейной и интегральной оптики, лазерных технологий, лазерной химии, использование лазеров для управляемого термоядерного синтеза и других задач энергетики.

Высокая монохроматичность и когерентность лазерного излучения обеспечивают успешное применение лазеров в спектроскопии, иницировании химических реакций, в разделении изотопов, в системах измерения линейных и угловых скоростей, во всех приложениях, основанных на использовании интерференции, в системах связи и светолокации. Особо следует, очевидно, выделить применение лазеров в голографии. С созданием лазеров произошел колоссальный прогресс в развитии нелинейной оптики, исследовании и использовании таких явлений, как генерация гармоник, самофокусировка световых пучков, многофотонного поглощения, различных типов рассеивания света, вызванных полем лазерного излучения.

Лазеры успешно используются в медицине : в хирургии (в том числе хирургии глаза) и терапии различных заболеваний, в биологии, где фокусировка в малое пятно позволяет действовать на отдельные клетки или даже на их части.

Большинство из перечисленных выше областей применения лазеров представляет собой самостоятельные и обширные разделы науки или техники и требует, естественно, самостоятельного рассмотрения. Цель приведенного здесь краткого и неполного перечня применений лазеров - проиллюстрировать то громадное влияние, которое оказало появление лазеров на развитие науки и техники, на жизнь современного общества.

 Скачать реферат