Волновой пакет. Видность. Пространственная и временная часть фазы волны.

Как мы уже отмечали, излучение светящегося тела слагается из волн, испускаемых отдельными атомами. Процесс излучения отдельного атома продолжается около 10^-8 с. За это время успевает образоваться последовательность горбов и впадин (или, как говорят, цуг волн) протяженностью примерно 3 м. «Погаснув», атом через некоторое время «вспыхивает» вновь. Фаза нового цуга никак не связана с фазой предыдущего цуга. В испускаемой телом световой волне излучение одной группы атомов через время порядка 10^-8с сменяется излучением другой группы, причем фаза результирующей волны претерпевает случайные изменения.

Возбужденные атомами цуги волн, налагаясь друг на друга, образуют испускаемую телом световую волну. Амплитуда в волновом цуге меняется, но меняется очень медленно, поэтому каждый цуг можно представить обрывком гармоники. Для каждой гармоники характерна своя частота колебаний. Волновые цуги различных атомов, накладываясь друг на друга образуют волновой пакет.( показать с диска Физика в картинках). Так как волновой пакет состоит из совокупности обрывков гармоник, то интерференционную картину от волнового пакета можно рассматривать как наложение интерференционных картин от различных гармоник. Но так как в волновом пакете амплитуда и фаза зависят от времени, то для получения устойчивой интерференционной картины необходимо, чтобы условия когерентности были связаны со свойствами используемого излучения.

Ширина интерференционной полосы (5.4) зависит от длины волны, поэтому если наблюдать интерференционную картину в немонохроматическом свете, то только в центре интерференционной картины при х=0 совпадут максимумы всех длин волн. По мере удаления от центра интерференционной картины максимумы разных цветов смещаются друг относительно друга. Это приводит к нарушению четкости и контрастности интерференционной картины.

Для характеристики контрастности интерференционной картины вводят параметр называемый видностью и определяется формулой

(5.6)

Где и значения интенсивности света в соседних максимумах и минимумах интерференционной картины. В общем случае g (видность) лежит в области . При этом g=1 соответствует плоской монохроматической волне, которая дает нам наиболее контрастную интерференционную картину.

Рассмотрим, как меняется контрастность интерференционной картины немонохроматического света и как она зависит от размеров источника. Так как положение минимумов и максимумов определяется разностью хода и разностью фаз , которые в свою очередь зависят от разности частот и пространственной разности фаз , то условия контрастности будут связаны с когерентностью света.

В связи с этим различают временную когерентность, которая связана с разностью частот волновых цугов, формирующих данный волновой пакет, и пространственную когерентность, которая обусловлена разностью начальных фаз .

Рассмотрим ситуацию, когда зависящей от времени является лишь частотная часть фазы , а =0, т.е. волновой пакет образуется точечным источником.