Interpretação popular de luz coerente

Como uma pessoa que se especializou em comunicação óptica coerente, uma vez fiz a meu irmão mais velho uma pergunta durante o primeiro ano de pesquisa: "Irmão, eu nunca estive exposto à comunicação por fibra óptica antes. Que conhecimento devo acrescentar e o que devo aprender? O que é irmão mais velho? Luz coerente? "

O irmão disse: "Você saberá olhando mais."

Mais tarde, finalmente aprendi o que é luz coerente. Eu penso nisso. Na verdade, o irmão naquela época não era capaz de dar uma descrição exata, então eu apenas superficial para ver mais O (∩_∩) O

Primeiro, a luz coerente não é equivalente à luz laser. Mas a luz coerente que usamos geralmente é o laser. Ao entender o que é um laser, você pode saber o que é coerente .

Características do laser

O laser é um tipo especial de luz. A diferença entre ele e a luz do sol, lâmpadas e diodos emissores de luz que normalmente contatamos é que ele tem quatro características: alta diretividade, monocromática, alto brilho e coerência.

Aqui está um exemplo de corte a laser, se a máquina de corte não estiver equipada com um laser, mas com uma lâmpada. Em seguida, a placa de ferro abaixo será iluminada por uma grande área. Isso é alta diretividade.

A mesma imagem, o laser vermelho, mostra sua monocromaticidade. A luz solar é luz branca, porque contém todas as cores da luz, e cores diferentes são determinadas por comprimentos de onda diferentes. Em outras palavras, a luz emitida pelo laser é concentrada em torno de uma certa frequência fixa, e essa largura de banda é muito mais estreita do que a do diodo emissor de luz vermelha.

Como o nome indica, o laser pode iluminar os olhos do seu cão. Sua potência de luz da unidade é extremamente alta, tão alta que pode penetrar em placas de aço. Imagine que você está segurando uma lanterna e quer brilhar através de uma placa de aço ...

Coerência

A luz também é uma onda eletromagnética. Qualquer onda eletromagnética pode ser considerada uma superposição de ondas senoidais. Coerência significa que há uma relação de fase definida entre cada subportadora. Se duas ondas senoidais atendem a três condições: a mesma direção de vibração, a mesma frequência e uma diferença de fase constante , então elas são coerentes.

A chamada coerência significa que eles têm uma relação próxima . Eu sei o estado de uma pessoa em uma determinada posição (como o aspecto) em um determinado momento, e posso saber o estado de todas as posições das outras pessoas a qualquer momento.

É fácil entender e revisar as três condições relevantes. Como a diferença de fase entre A e B é constante, são todas ondas senoidais com a mesma frequência e a mesma direção de vibração. Eu conheço a fase de A em um determinado momento em uma determinada posição, então posso deduzir a fase de A em outras posições e outros momentos de acordo com a expressão da onda senoidal de A. Depois de estender a diferença de fase, obtive a fase de B. Isso é coerência.

A luz do sol e a luz das lâmpadas elétricas são todas luzes incoerentes. Não possui propriedades relevantes. Como você pode imaginar, existem incontáveis ​​pontos luminosos no sol. Cada ponto luminoso emite um fóton. A fase de cada fóton (onda eletromagnética) no momento da emissão é aleatória. Portanto, não há diferença de fase constante. Mesmo que conheçamos o estado de um fóton, não podemos descobrir o estado do outro fóton. Em outras palavras, não existe essa relação íntima entre a luz do sol.

O laser é um tipo de luz coerente e o estado de movimento ( frequência, fase, estado de polarização, direção de propagação ) de cada fóton no laser é o mesmo.

Lembre - se : a chamada luz coerente significa que se você conhece um estado a qualquer momento e qualquer posição no campo de luz, então você pode saber o estado a qualquer momento e qualquer posição em todo o campo de luz por meio de cálculos.

Coerência de tempo

A coerência de tempo descreve a relação de fase de pontos ao longo da direção de propagação do feixe . Isso significa que, se você souber o estado de um ponto no espaço em um determinado momento, poderá saber o estado de outros momentos. A coerência de tempo geralmente usa o tempo de coerência $t_c$Para descrever quantitativamente . Na verdade, a coerência não é tão desafiadora. Não é uma habilidade de imagem completa. Eu conheço um pouco de estado, mas, na verdade, ela só pode calcular o estado dentro de um intervalo ao seu redor. Enquanto $t_c$É usado para delinear esse intervalo.

$t_c$Descreve tal coisa. Depois de saber o estado em um determinado momento, o intervalo neste momento não excede $t_c$Posso descobrir o estado dentro de um período de tempo. Fora do intervalo, não consigo contar. Ou seja, o intervalo de tempo máximo com coerência .

O fator que afeta o tempo de coerência é a monocromaticidade da fonte de luz. Quanto maior a monocromaticidade, maior o tempo de coerência.

Às vezes, o comprimento de coerência $${eu}_c=t_c\cdot c$$ representa o tempo de coerência. Ou seja, após conhecer o estado de um determinado ponto, o tempo de coerência$t_c$Até onde esse ponto se espalhou. Ou seja, os comprimentos de onda da luz em dois pontos diferentes na direção de propagação da luz têm a separação espacial máxima de coerência. (Certifique-se de pensar claramente sobre este ponto. O conceito de espaço está envolvido aqui, mas não é absolutamente coerência espacial. A coerência de tempo apenas descreve a coerência neste espaço unidimensional na direção de propagação. Como mostrado na figura )

Coerência espacial

A coerência espacial descreve a relação de fase entre pontos na superfície da onda perpendiculares à direção de propagação do feixe e se refere à coerência em um plano bidimensional. Em um determinado momento, quando você encontra o estado de um ponto no espaço, quanta área pode ser calculada? Basta usar a área de coerência $$S=(\frac{Dl}{\theta }{)}^2$$ para descrever.
A coerência espacial está relacionada à alta diretividade do feixe, quanto melhor a diretividade, melhor a coerência espacial.

Na verdade, é mais fácil entender o significado de coerência de tempo e coerência espacial, que são modificados em coerência de direção de propagação e coerência de direção de propagação vertical. Este é apenas um episódio, não há necessidade de distinguir entre os dois, apenas conhecemos o conceito geral de coerência.