Узнайте о физической характеристике когерентности волн и условиях, необходимых для ее проявления. Разберитесь в понятиях временной и пространственной когерентности и их роли в интерференции. Читайте статью на сайте NOCFN.
Cодержание
Когерентность (от лат. cohaerens — «находящийся в связи») представляет собой физическую характеристику, которая описывает скоррелированность или согласованность нескольких колебательных или волновых процессов во времени. Она проявляется при сложении этих процессов и зависит от постоянства разности фаз между ними.
Что такое когерентные волны?
Когерентные волны – это волны, имеющие одинаковые частоты, постоянную разность фаз и колебания, происходящие в одной плоскости. Когерентность волны означает, что в различных пространственных точках волны колебания происходят синхронно, то есть разность фаз между двумя точками не зависит от времени.
Классическим примером двух когерентных колебаний являются два синусоидальных колебания одинаковой частоты.
Условия когерентности волн
Для того, чтобы колебания были когерентными, необходимо соблюдение следующих условий:
- Однаковая частота: Волны должны иметь одинаковую частоту. Это означает, что количество колебаний, происходящих в единицу времени, должно быть одинаковым для обеих волн.
- Постоянная разность фаз: Разность фаз между волнами должна быть постоянной во времени. Это означает, что при сложении колебаний из различных точек должна получаться волна той же частоты с постоянной фазой.
Если эти условия выполняются, то при наложении когерентных волн происходит интерференция – явление взаимоусиления или ослабления колебаний в зависимости от фазы накладывающихся волн.
См. также
Временная когерентность волн
Временная когерентность волны характеризует сохранение взаимной когерентности при временном отставании одного из лучей по отношению к другому. Мерой временной когерентности служит время когерентности – максимально возможное время отставания одного луча по отношению к другому, при котором их взаимная когерентность ещё сохраняется. Временная когерентность определяется степенью монохроматичности волн.
Временная когерентность имеет важное значение при рассмотрении явлений взаимодействия электромагнитных волн. Она позволяет определить контраст интерференционной картины, наблюдаемой при интерференции двух волн.
Пространственная когерентность волн
Пространственная когерентность волны означает, что в различных точках пространства колебания происходят синхронно. То есть, разность фаз между двумя точками не зависит от времени.
Изучение когерентности световых волн приводит к понятию пространственной когерентности. Пространственная когерентность описывает, насколько далеко в пространстве от источника волны можно перемещаться, сохраняя колебания в одной и той же фазе. Расстояние, при котором случайное изменение фазы достигает значения порядка π, называется радиусом когерентности.
Интерференция и когерентность
Интерференция – это явление взаимного увеличения или уменьшения результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн при их наложении друг на друга. Она сопровождается чередованием максимумов и минимумов интенсивности в пространстве.
Устойчивая интерференционная картина может быть наблюдаема только в случае, когда волны имеют одинаковую частоту и колебания в них не ортогональны. Стационарную интерференционную картину могут давать только полностью когерентные волны.
Интерференция волн происходит при наложении когерентных волн, а ее результат зависит от разности фаз накладывающихся волн.
См. также
Заключение
Когерентность волн играет важную роль в физике и оптике, особенно при изучении интерференции. Чтобы колебания были когерентными, необходимо, чтобы волны имели одинаковую частоту и постоянную разность фаз. Временная и пространственная когерентность определяются монохроматичностью и радиусом когерентности соответственно. Интерференция возникает при наложении когерентных волн и является результатом их взаимодействия в пространстве.
