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相干性(5)

时间:2013-07-03 10:35来源:机器视觉网http://shixinhua.com 作者:石鑫华 点击: 99999次
图 8 :一个波前不规则、相干长度与相干面积为有限值的波,入射于具有一条狭缝的档板。入射波穿过狭缝后,衍射出来的波,其空间相干性会增加。经过传播一段距离,在离狭缝较远处,圆形波前的波近似于平面波。相干面

图 8 :一个波前不规则、相干长度与相干面积为有限值的波,入射于具有一条狭缝的档板。入射波穿过狭缝后,衍射出来的波,其空间相干性会增加。经过传播一段距离,在离狭缝较远处,圆形波前的波近似于平面波。相干面积变为无穷值,而相干长度不变。
 图 9 :两个同样的波,在空间里传播。
图 9 :两个同样的波,在空间里传播。一个波是另外一个波的位移,两个波的相干长度与相干面积分别为无穷值。两个波的结合,在某些位置,会建设性干涉,在另外一些位置,会摧毁性干涉。经过空间平均,侦测器所观察到的干涉图案,其干涉可见度会减低。例如,一个未校准的马赫-岑得干涉仪 (Mach-Zehnder interferometer)就会出现这种状况。
 
试想一个电灯泡的钨丝,从其不同位置会独立地发射出毫无固定相位关系的光波。仔细观察,在任意时间,光波的剖面都毫无规律可言。每经过一段相干时间 说明: \tau_c ,光波的剖面都会概率性地变化。电灯泡是一个白光光源,相干时间 说明: \tau_c 很短,是一个空间不相干光源。
 
电波望远镜天线阵的空间相干性很高,在天线阵对端的每两根天线所发射出的光波,彼此之间都有特别设计的固定相位关系。
 
激光产生的光波的时间相干性与空间相干性通常都很高,其相干度依激光的性质而定。
全息摄影术的运作,需要时间相干与空间相干的光波。它的发明者,伽博·丹尼斯,在激光还没有被发明前,就已经成功地做出全息图。他将水银灯的发射线激发出的单色光,通过针孔过滤器,制成全息摄影术所需要的相干光波。
 
2011年2月,物理学者发现,冷却至接近绝对零度的氦原子,当变为玻色-爱因斯坦凝聚时,它们的物理行为会如同激光发射出的相干光束一样。
位于美国新墨西哥州的综合孔径射电望远镜甚大天线阵。
位于美国新墨西哥州的综合孔径射电望远镜甚大天线阵。

波谱相干性

不同频率的波(在光学里,不同颜色的光波),假若有固定的相对相位关系,则会因干涉而形成一个脉冲波(参阅傅里叶变换)。反过来说,假若不同频率的波是不相干的,则结合在一起它们会形成像白光或白噪声一类的波。脉冲波的时间持续期 曝光时间 被带宽 波的带宽限制,依据关系方程:
关系方程 。
这关系方程也可以从傅里叶变换推导出。对于量子尺寸的粒子,这是海森堡不确定原理的必然结果。
 
测量光的波谱相干性,需要用到非线形光波干涉仪 (nonlinear optical interferometer) ,像辐照度关联器(Intensity optical correlator)、频域分辨光学开关或波谱相位干涉仪(Spectral phase interferometry for direct electric-field reconstruction)。
几个不同频率的波(在光学里,不同颜色的光波),假若是相干的,则会因相互干涉而形成一个脉冲波。
几个不同频率的波(在光学里,不同颜色的光波),假若是相干的,则会因相互干涉而形成一个脉冲波。
几个波谱不相干的波因相互干涉而形成的波,其相位与波幅都会随机变化。
几个波谱不相干的波因相互干涉而形成的波,其相位与波幅都会随机变化。

量子相干性

在量子力学里,物质具有波动性(参阅德布罗意假说)。例如,杨氏双缝实验也可以用电子来完成。从电子源发射出的每一个电子可以穿过两条狭缝中的任何一条狭缝,因此,有两种抵达观察屏最终位置的方法可供选择。一种方法是将狭缝S1关闭,电子只能穿过狭缝S2;另一种方法是将狭缝S2关闭,电子只能穿过狭缝S1。每一种方法可以设定为一个特别的量子态。由于这两个量子态会相互干涉,因而影响电子抵达侦测屏最终位置的概率分布,也因此形成了观察屏的干涉图样。这相互干涉的能力展现出粒子的“量子相干性”。
 
假若,试图测量电子到底是经过哪一条狭缝。那么,两个量子态的相位关系会不再存在。这双态系统就会被退相干化。这现象显示出量子系统的互补性。
 
大尺寸(宏观)量子相干会导致新颖奇异的现象,称为宏观量子现象(Macroscopic quantum phenomena)。例如,激光、超导现象、超流体等等,都是高度相干的量子系统,它们产生的效应可以在宏观尺寸观察到。超流体现象是玻色-爱因斯坦凝聚。所有组成凝聚的粒子都同相,可以用单独一个量子波函数来描述。
 
换另一方面,薛定谔的猫思想实验强调,不能任意地将量子相干用在宏观案例。但是,物理学者于2009年成功地在机械共振器(resonator)的运动里观测到量子相干现象。
 
(责任编辑:石鑫华)
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