2.1 Распространение взаимной когерентности.
Распространение световых волн, функция
взаимной когерентности
Рис.6. Схема распространения излучения
Пусть волна падает слева на неограниченную поверхность. Необходимо найти амплитуду фазора поля в точке Ро справа от поверхности S через характеристики поля на поверхности S.
В соответствии с принципом Гюйгенса-Френеля справедливо следующее решение
,
где l = с /n - длина волны излучения (с - скорость света); r - расстояние от точки Р1 до точки Р0; q - угол между прямой линией, соединяющей Р0 и Р1 , и нормалью к поверхности S; c(q) – коэффициент наклона, c(0) = 1 и 0 £ c(q) £ 1.
Как правило, рассмотрение большинства задач ведется в приближении малых углов наклона и поэтому в дальнейшем, мы будем считать этот множитель равным единице.
Принцип Гюйгенса - Френеля можно интерпретировать таким образом. Каждая точка на поверхности S действует как новый вторичный источник сферических волн. Напряженность поля вторичного источника в точке Р1 пропорциональна (jl)-1U(P1,n), и этот источник излучает с амплитудным коэффициентом направленности c(q).
Рис.7. Распространение функции взаимной
когерентности
Функция взаимной когерентности. При распространении волны в пространстве ее структура изменяется. Изменяется соответственно и функция взаимной когерентности. Следовательно, можно говорить о распространении функции взаимной когерентности.
Рис.8. Процесс распространения функции взаимной
когерентности
По определению функция взаимной когерентности на поверхности å2
G(Q1,Q2;t) = < u (Q1 ,t + t)u*(Q2,t) > .
Используя выражение для распространения узкополосного сигнала
запишем
выражение для узкополосного сигнала для нашего случая для двух точек Q1 и Q2
поверхности S2
,
Подставив выражение для
полей в функцию взаимной когерентности и изменяя порядок выполнения
интегрирования и усреднения, получим
.
Среднее по времени в подынтегральном выражении может быть выражено через функцию взаимной когерентности на поверхности S1, что приводит к основному закону распространения взаимной когерентности
.
В соответствии с условием квазимонохроматичности (Dw/w<<1) оптическая разность хода должна быть намного меньше длины когерентности излучения. Опираясь на это условие, найдем закон распространения излучения для взаимной интенсивности, заметив, что
; t=0,
а также
.
Подставив это в выражение для распространения взаимной когерентности, при t=0 получим
.
Это основное выражение, определяющее
закон распространения взаимной интенсивности.
Распределение интенсивности на поверхности S2 можно найти, устремив Q1 к Q2 (т.е. точки Q1 и Q2 должны совпасть) в последней формуле и заменив
r1 ® r1¢, r2 ® r2¢, Q1 ® Q1¢ , Q2 ® Q2¢ .