|
|
X ш
А. т
а ш
[терфсрирующих лучей. Примером может служить интерферометр Майкелъсона с перем. длиной одного из плеч. При перемещении вдоль луча света одного из зеркал интенсивность света на выходе интерферометра периодически меняется, что может служить средством измерения скорости очень медленных перемещений. Например, при движении зеркала со скоростью 10~е м/с интенсивность света меняется с частотой ~4 Гц.
Биения могут наблюдаться и в излучении независимых источников света. Для этого их яркости и спектральные плотности излучения должны быть очень велики. Обе эти характеристики выражаются через параметр р, наз. параметром вырождения фотонов, равный числу фотонов в объ╦ме когерентности. При фотоэлект-рич. регистрации биений параметр р в произведении с квантовым выходом при╦мника определяет величину сигнала биений по отношению к фону фотонного шума. Излучение лазеров сильно вырождено ≈ р>1т вследствие чего биения в свете двух лазеров и между разл, типами колебаний одного лазера легко наблюдаются. Эти биения часто играют вредную роль как источник мощного шума интенсивности лазера.
Для тепловых источников обычно р<1, поэтому эффекты нестационарной И. с, в ых излучении крайне малы. Тем не менее их удалось обнаружить Б тонких экспериментах по корреляции иитснсивиостсй (см. Интерферометр интенсивности), получивших широкую известность в связи С их значением для зв╦здной астрономии, поскольку с их помощью возможно измерять угл. размеры столь удал╦нных зв╦зд, что это не уда╦тся сделать с помощью зв╦здного интерферометра. Следы нестационарной интерференции были обнаружены также при анализе спектра шумов фотоэлемента, освещ╦нного двумя очень близкими спектральными линиями атомов ртути. На частоте биений был обнаружен пик в спектре шумов, составлявший 10~4 от фона дробовых шумов [4].
И. с. исгтольз-уетсп при спектральном анализе света, для точного измерения расстояний, углов, скоростей, в рефрактометрии. Большое значение интерферометрия имеет в оптич. производстве как средство контроля качества поверхностей и линзовых систем. Интерференц. явления используются для создания светофильтров, высококачеств. зеркал, просветляющих покрытий для онтич, деталей. И. с. составляет основу голографии. Важным частным случаем И. с. является интерференция
поляризованных лучей.
Лит.: 1) Б о р л М., Вольф Э,. Основы оптики, пер. с англ., 2 изд., М., 1973; 2) Калите е в с к и и Н. И., Волновая оптика, 2 изд., М., 1978; 3) Г л а у 0 е р Р., Оптическая когерентность и статистика фотонов, в кн.; Квантовая оптику и квантовая радиофизика, М., 1966; 4) Forrester А. Т., Gudmundsen R.A., Johnson P.O., Photoelectric mixing of incoherent light, «Phys. Rev.», 1955, v. 99, p. 1691.
Б. R, Александров.
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СОСТОЯНИЙ ≈ наличие фазовой корреляции между базисными состояниями квантовой системы, описываемой суперпозицией этих состоянии. Явления И. с. аналогичны др. проявлениям интерференции, свойственной всем волновым процессам, для к-рых справедлив суперпозиции принцип. В соответствии с последним волновая функция ty(t) произвольного состояния квантовой системы может быть представлена суперпозицией собственных (базисных) состояний i|)n
к.-л. оператора, напр, оператора энергии Я (гамильтониана):
п
Формальным признаком наличия И. с. является отличие от нуля усредн╦нного по ансамблю частиц произведения (СПС.} комплексных коэф. разложения волновой ф-ции'ф(г). Величины (СПС.} являются недиагоналъны-
4 Z.Q ми алвментвми матрицы плотности, часто наз. коге-168 рентыостями. Они входят в выражение для ср. значе-
ний величины (L), описываемой оператором Z, не коммутирующим с Я;
п
'km
(2)
г-ч
где Lkm(t) ≈ матричный элемент оператора L в эпор-гвтич. представлении. Второй член в (2) наз. интерференционным или когерентным. Выражение (2) аналогично выражению для интенсивности при интерференции пучков света, что и объясняет заимствование терминов «интерференция* и «когер чгтность».
Поскольку собственные состояния оператора энергии
Я гармонически зависят от времени, то интерференционный член в (2) содержит временные множители expf≈ i(aa≈
exp 1≈
It* ш
k. т
(3)
где (on≈ <rt, ╦п ≈ энергия состояния т[эп- Вытекающая из (3) зависимость результата измерения от времени есть следствие нестационарности системы, к-рая [в соответствии с (1)] не обладает онредел. энергией. И. с. проявляется также при измерении интенсивности квантовых переходов системы из суперпозиц. состояния в стационарное.
И. с. есть общее свойство квантовых систем, к-рое может быть обнаружено в любом частотном диапазоне. В частности, первым проявлением интерференции невырожденных невзаимодействующих состояний надо считать, по-видимому, свободную прецессию спинов, наблюдавшуюся в радиоспектроскопии. Аналогичное явление было обнаружено (1955) и в ядерной физике с помощью техники угл. корреляции 7-квантов. В оптич. диапазоне И. с. проявляется, напр., при поглощении или излучении света. Ниже рассматриваются именно такие проявления И. с.
И. с. возникает в квантовых системах под влиянием каким-то образом организованных возмущений. В атомах, в частности, она возникает в результате облучения поляризованным или просто направленным излучением, направленным электронным пучком, при возбуждении в результате пеизотропных столкновений с др. частицами, Квантовые ансамбли, предоставленные самим себе, под влиянием релаксаций теряют когерентность и анизотропность и становятся равновесными п изотропными. (Связь анизотропии с когерентностью вызвана тем, что И. с, с опродел. энергией одновременно является И, с. с онредел, значениями угл. момента и его проекции.) Вследствие этого И. с. отражается па поля-рпзац. характеристиках излучения (поглощения) атомов и на связанном с поляризацией угл. распределении интенсивности излучения.
Принимая во внимание зависимость интенсивности квантовых переходов от времени, проявление И. с. можно разделить на квантовые биения и пересечение уровней.
Квантовые биения могут наблюдаться при переходе квантовой системы из нмпульсно возбужд╦нного суперпозиц. состояния в собственное. В простейшем случае суперпозиции двух уровней (1 и 2) интенсивность спонтанного излучения в определ. направлении оказывается модулированной во времени (рис. 1), прич╦м частота синусоидальной модуляции определяется энер-гстич. зазором между интерферирующими уровнями. Колебания затухают с постоянной времени спонтанного распада, зависящей от насел╦'нностей уровней 1 и 2, Длительность возбуждающего импульса Д£ должна
удовлетворять очевидному соотношению: Дг<(*>[^. В этих условиях явленно очень наглядно: после короткого возбуждения интенсивность ∙ излучения Спадает, обнаруживая затухающие колебания.
