Одним из свойств источников света, которое обычно указывается и которое имеет особое значение при попытке создать интерференционные полосы, является длина когерентности ( или время когерентности ). Уравнение для длины когерентности имеет вид где это скорость света, - показатель преломления среды и это пропускная способность источника.
Альтернативное описание, которое я видел (но, к сожалению, потерял достойную ссылку), состоит в том, что источник излучает с диапазоном длин волн , это длина, на которую свет с длиной волны и проходит, прежде чем они перейдут от полностью синфазного к полностью противофазному. Из этих определений следует, что идеальный монохроматический источник имеет бесконечную длину когерентности, а широкополосный источник белого света имеет очень короткую длину когерентности.
Это определение меня вполне устраивает, и я вижу, что пытается описать. Проблема возникает, когда мы начинаем говорить об ограничениях на то, когда эти неидеальные источники света могут создавать помехи.
Рассмотрим интерферометр Маха-Зиндера (ИМЗ):
всегда утверждается, что для того, чтобы увидеть интерференционную картину через ИМЦ (или для любого другого интерференционного эксперимента), вы должны согласовать длины пути каждого плеча интерферометра с точностью до длины когерентности источника .
Мой вопрос, довольно просто, почему ? Принимая во внимание MZI и приведенное выше определение длины когерентности, я не могу представить себе, почему это должно быть так. Я могу следовать математике MZI (включая введение степени временной когерентности первого порядка : - вот где этот вопрос впервые возник), но создать физический образ в моей голове оказалось очень сложно.
Я надеюсь, что изображение ниже может прояснить ситуацию.
Оставив в стороне формулы, позвольте мне обратиться к концепции.
Длина когерентности волнового пакета есть длина волнового пакета, вдоль которой его длина волны стабильна. Чем дольше , тем лучше для наших интерференционных экспериментов.
Позволь мне объяснить. Пожалуйста, смотрите рисунок.
Что мы делаем в экспериментах, как и с интерферометром МЗ, так это немного варьируем длину одного из плеч и измеряем интенсивность луча на одном из выходов верхнего светоделителя, например на .
Длина когерентности пакетов A и B одинакова, так как мы получили пакеты от одного и того же «родительского» пакета в . Сейчас если очень короткая, а руки и интерферометра немного отличаются, это как бы когерентная область (постоянная ) пакета A, прошедшего через до того, как когерентная область B пришла к . Так что никакого эффекта. Но если длинной, мы увидим, что интенсивность при зависит от разности длин пути как квадрат косинуса.
Теперь, время согласованности в пустоте есть .
Если длинна, мы увидим при фиксированной разности хода стабильную интенсивность на исследуемом выходе в течение длительного времени. Как я уже сказал, варьируя разность длин пути, интенсивность для каждой длины пути стабильна, но сравнивая ее для разных длин пути, мы получаем зависимость косинус-квадрат. Сейчас если короткий, нам будет трудно наблюдать надежные результаты. Более того, для разности путей немного больше, любой эффект исчезнет, практически, мы будем видеть только ту составляющую пакета, которая пришла позже на светоделитель.
Селена Рутли
КвантО
акрасия