Когерентность — связь между фазами нескольких световых волн.
Когерентность. Когерентностью называется согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов. В соответствии с этим определением две монохроматические волны одной частоты всегда будут когерентными.
Монохроматические волны — неограниченные в пространстве волны одной определенной и постоянной частоты, которые являются когерентными.
Немонохроматический свет можно представить в виде совокупности сменяющих друг друга коротких гармонических импульсов, излучаемых атомами — волновых цугов.
Средняя продолжительность одного цуга τког называется временем когерентности или временем цуга.
Если волна распространяется в однородной среде, то фаза колебаний в определенной точке пространства сохраняется только в течение времени когерентности. За это время волна распространяется в вакууме на расстояние lког = cτког , называемое длиной когерентности (или длиной цуга). Поэтому наблюдение интерференции света возможно лишь при оптических разностях хода, меньших длины когерентности для используемого источника света.
Пространственная когерентность — это согласованное протекание нескольких волновых процессов в разных точках пространства в один и тот же момент времени. Например, в световом пучке лазера наблюдается пространственная когерентность в точках любого поперечного сечения лазерного пучка.
Временная когерентность — это, определяемое степенью монохроматичности волны, согласованное протекание волновых процессов в одной точке пространства, но в разные моменты времени. Этим свойством обладает, например, излучение одночастотного лазера, который испускает непрерывный синусоидальный сигнал в течение значительных промежутков времени.
Временная когерентность существует до тех пор, пока разброс фаз в волне в данной точке не достигнет π .
Длина когерентности определяет размер области экрана, на которой наблюдается интерференционная картина.
m(λ + Δλ) ≈ (m+1)λ
Здесь m — предельный порядок наблюдения интерференции, начиная с которого интерференция не наблюдается.
m ≈ λ/Δλ
величина λ/Δλ характеризует степень монохроматичности.
lког ≈ mλ
Мы видим, что длина когерентности световой волны непосредственно связана со степенью монохроматичности λ/Δλ: чем больше последняя, тем больше и длина когерентности. Для солнечного света lког ≈ 5λ, для лучших (не лазерных) источников света удалось получить lког порядка нескольких десятков сантиметров. Лазеры позволили получить излучение с lког порядка сотен метров.
Для получения интерференционной картины необходимо, чтобы оптическая разность хода была меньше длины когерентности:
Δ < lког , где Δ = n(S2 - S1)