December 10 2016 04:59:13
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
Использование интерференции для получения и хранения информации
Физические основы информации

Использование интерференции

для получения и хранения информации

  1. Явление интерференции. Интерференция частично когерентного света. Интерферометры.

  2. Опыт Хэнбери Брауна и Твисса.

  3. Электромагнитные волны в среде. Показатель преломления.

  4. Прохождение электромагнитных волн через границу раздела двух сред. Явление полного внутреннего отражения.

  5. Оптические световоды. Интегральная оптика.

  6. Голография.


Одним из наиболее характерных волновых явлений является интерференция – пространственное перераспределение плотности энергии при наложении двух или более волн. Интерференция наблюдается для волн любой физической природы и используется в интерферометрах для изучения спектрального состава волн, измерение длин и смещений предметов, деформации поверхностей, лежит в основе оптической и акустической голографии, применяется при создании антенн с заданной диаграммой направленности, определения угловых размеров звезд.

Рассмотрим классический интерференционный опыт Юнга, где наблюдается сложение двух волн. Исходная волна падает на непрозрачный плоский экрана А с двумя отверстиями P1 и P2. Две волны, прошедшие через эти отверстия формируют на плоском экране наблюдения B интерференционную картину.

                                Р1      S1

                                             Q

                               P2           S2


                              A                    B

Согласно принципу суперпозиции волновое поле в точке наблюдения Q запишется в виде

img669

где радиус векторы img670 и img671 определяют положение отверстий P1 и P2 соответственно,
ti = Si/c – время прохождения волны расстояния Si от i-го отверстия до точки наблюдения Q, i = 1,2, c – скорость света, a1 и a2 – коэффициенты, описывающие амплитудные и фазовые изменения волновых полей при их распространении от отверстий P1 и P2 соответственно до точки наблюдения Q.

В случае электромагнитных волн видимого диапазона приемники излучения имеют время быстродействия τпр много больше периода колебаний волн, поэтому измеряемая при интерференции величина – интенсивность усредняется по времени τпр. Эта усредненная интенсивность пропорциональна квадрату модуля волнового поля

img672 (III.11.2)

Здесь угловые скобки обозначают усреднение по времени быстродействия приемника излучения. Первые два слагаемых в правой части выражения (III.11.2) описывают суммарную среднюю интенсивность двух волн, пришедших от отверстий P1 и P2, и несут информацию лишь о дифракции волн. Третье слагаемое описывает интерференцию волн, приводящую к перераспределению интенсивности на экране наблюдения.

Для характеристики любых интерференционных явлений используются так называемые функции когерентности или корреляционные функции, содержащие информацию о всех возможных реализаций волновых полей. Эти реализации волновых полей обусловлены статистической природой источников. При классическом описании скалярного волнового поля img673 функция когерентности порядка m+n определяется следующим образом

img674

где усреднение ведется по всем возможным реализациям волнового поля. Для эргодических полей, когда за время τэ реализуются все возможные состояния, временное усреднение по времени τ > τэ эквивалентно усреднению по всем возможным состояниям. Функции когерентности удовлетворяют волновому уравнению и для них выполняются определенные законы сохранения. Их можно ввести как для скалярных, так и векторных полей, а так же при классическом и квантовом описаниях поля.

Для классических интерференционных опытов достаточно функций когерентности второго порядка

img675

В случае однородных и стационарных полей функции когерентности зависят только от разности пространственных img676 и временных img677 аргументов. В частном случае квазимонохроматической волны функция когерентности (III.11.4) принимает вид

img678

где величина img679 определяет среднюю интенсивность волны в точке img680, img681 – фаза функции когерентности, img682 – средняя частота волны, img683.

В опыте Юнга видность интерференционной картины

img684

определяемая с помощью максимальной Imax и минимальной Imin интенсивностей света на экране наблюдения, зависит от функции когерентности. Для идеального когерентного излучения k = 1, для полностью некогерентного излучения k = 0, т.е. интерференционная картина вообще отсутствует и наблюдается равномерное освещение экрана наблюдения. В результате измерения видности интерференционной картины получается информация о статистических свойствах излучения. Смещение и деформация интерференционных полос позволяют измерять смещения источников волн. Измерение пространственного и временного изменений функции когерентности дают возможность определять спектральный состав излучения и размеры источников.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.04 секунд 4,204,156 уникальных посетителей