【学点天文】星光的相干性
by Yan
说要学点天文,但其实没真正着手学。今天通过道听途说,似乎弄清楚了一个疑问,来记录一下。
我了解不少地面的望远镜观测系统通过干涉的方法来获取更好的分辨能力。但是,天上的星星,或者人工的激光导引星不都是非相干光源吗?我问过人,他们说,因为星星的光到达地面之前,传播了很远,所以具有一定相干长度。我一直没有理解,也没查书看。今天听到个类比,很好地解释了这个事情。
比如说,你抓一把石子扔到池塘里。每颗石子单独会激起一个环形的水纹。但由于各个石子的落水时间,落水位置不尽相同,所以近处水纹会非常复杂随意,没什么规律。但是,当这些水纹传播到远处的时候,你会发现有规律多了。环形的波前虽然并不连续,但是每一段还是很平滑的。这些“段”的特征长度就是相干宽度。
因为光也是波,所以和水纹有差不多的物理现象。一个非相干的发光体,可以分解成众多独立的点光源,就像扔进水里的一块块石头,每个点光源都发射一个独立的波。同样的,在远处看的话,就会发现这个发光体有一定的相干度。
但是,因为光波的波长非常小,我们观测房顶上一个灯泡,有可能和我们在新加坡观测像印尼、马来西亚所在群岛那样子大一堆石子扔到海里激起的水纹类似。:)
其实这是个很基础的问题,只是我以前一直没注意过罢了。
这是不是也可以解释激光的相干性——激光在谐振腔里来回反射了很长一段距离(相当于很远处的一个光源),结果就输出了有相干性的光。
很有趣的联想。如果谐振腔内初始有非相干的光,经过一段时间后,大多数都逃逸了,留下的光属于谐振腔的低损耗模式,确实相干性会好许多。
不过,激光不只是个被动的谐振腔,它有增益。通过受激辐射跃迁产生的光,波长相同,相位一致,所以输出的光一般相干性不错。