Пространственная когерентизация

Материал из Большой Форум

Перейти к: навигация, поиск
Ф.Ф. Менде
Дата рождения:

02.07.1939 г.

Гражданство:

Флаг СССРФлаг Украины

Учёная степень:

доктор технических наук

Сайт:

http://fmnauka.narod.ru/ http://bolshoyforum.org/forum/index.php?board=50.0

Волновые процессы обладают удивительным свойством, которое связано с интерференцией (наложением) колебаний в пространстве. Если при помощи колеблющегося стержня возбуждать колебания водной поверхности, то мы увидим расходящиеся круговые волны. Если использовать два стержня, колеблющихся с одинаковой частотой, расположенных на некотором расстоянии, то картина резко измениться. Причём эта картина будет зависеть теперь не только от расстояния между штырями, но и от фазы колебаний штырей. Варьируя расстояния между штырями и фазы их колебаний, можно добиться того, чтобы волновой процесс распространялся преимущественно в том или ином направлении, или в нескольких направлениях сразу. Этот процесс легко видеть, наблюдая биения крыльев пчелы, упавшей в воду. Указанный принцип используется во всех системах, обеспечивающих направленное распространение волновой энергии: радиолокаторы, гидролокаторы, лазеры.

Но, оказывается, этот принцип может быть использован для создания направленных пучков волновой энергии даже в том случае, когда в нашем распоряжении имеется большое количество некогерентных источников излучения. Все видели, что свет Солнца, прошедший через небольшое отверстие (это особенно хорошо видно в тёмной комнате) представляет прямой практически не расходящийся луч. Сразу заметим, что у такого луча от точечного источника, например звезды расхождение практически отсутствует, и такой луч ничем не отличается от луча лазера, с той лишь разницей, что он полихроматичен. Но если бы звезда состояла только из светящихся ионов неона, то такой луч от луча неонового лазера ничем бы не отличался. Вот вам и лазер, только несколько другой конструкции. В чём же здесь дело и действительно ли луч искусственного лазера и лазера, созданного таким странным образом ничем не отличаются. Да такие лучи имеют совершенно одинаковые свойства. Но почему? А виной тому всё та же интерференция. На далёкой звезде имеется громадное количество некогерентных излучателей и поэтому их энергия равновероятно распространяется во все стороны. Но на очень больших расстояниях в данной точке пространства сложится энергия только когерентных (совпадающих по фазе) излучателей из множества других, расположенных на этой планете.

На очень большом расстоянии в данной точке поток лучевой мощности дают только те колебания, которые, придя в эту точку, совпадают по фазе, т.е. когерентны. Те же колебания которые, придя в данную точку будут не когерентны, просто вычтутся и потока мощности не дадут. Но они в какой-то другой точке, столь же удалённой от звезды, совпадут по фазе и станут когерентными. Поэтому на очень большом расстоянии от некогерентного источника за счёт процессов интерференции происходит когерентизация излучения. Если хотите, удалённая звезда это лазер со сферическим когерентным излучением. Удостоверится в этом очень просто. Для этого следует лишь в непрозрачном экране проделать небольшое отверстие и пропустить свет через него.

Оказывается, что доля излучателей от общего их числа, дающих когерентное излучения в данной точке, невелика и равна отношению площади сечения пучка к площади поверхности сферы, радиус которой равен расстоянию до звезды. Этот очевидный процесс, на который никто ранее внимания не обращал, и назовём пространственной когерентизацией. Возникает вопрос относительно монохроматичности и длине когерентности такого пучка. Если бы звезда излучала одну узкую спектральную линию, то длина когерентность была бы велика и определялась шириной этой спектральной линии, но поскольку свет звезды не монохроматичен, то и длина когерентности такого луча невысока. Улучшить её можно при помощи узкополосного фильтра, который выделит ту или иную полосу частот.

Личные инструменты