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來自 孔夫子舊書網 的圖片

相干性是一個科技名詞。

中國漢字的發展成為維繫中華民族歷史發展進步的一條生動鮮明的脈絡[1],各個歷史時期所形成的各種字體,有着各自鮮明的藝術特徵,如篆書[2]古樸典雅,隸書靜中有動,草書風馳電掣、結構緊湊,楷書工整秀麗,行書易識好寫,實用性強,字體多樣。

名詞解釋

相干性 (coherence) 是指為了產生顯著的干涉現象,波所需具備的性質。更廣義地說,相干性描述波與自己波、波與其它波之間對於某種內秉物理量的關聯性質。相干性又大致分類為時間相干性與空間相干性。時間相干性與波的線寬有關;而空間相干性則與波源的有限尺寸有關。

振動頻率相同、相差恆定的叫做相干性。

兩個波彼此相互干涉時,因為相位的差異,會造成相長干涉或相消干涉。假若兩個正弦波的相位差為常數,則這兩個波的頻率必定相同,稱這兩個波「完全相干」。兩個「完全不相干」的波,例如白熾燈或太陽所發射出的光波,由於產生的干涉圖樣不穩定,無法被明顯地觀察到。在這兩種極端之間,存在着「部分相干」的波。

波與波之間的的相干性可以用相干度(degree of coherence)來衡量。干涉可見度(interference visibility)是波與波之間的干涉圖樣的輻照度對比,相干度可以從干涉可見度計算出來。

波源

一般而言,互相不關聯的波源無法形成可觀察到的干涉圖樣。例如白熾燈或太陽是由很多互相不關聯、持續生成的微小發光點所組成,每一個發光點只會作用一段時間 ,發射出一個有限長度的波列,之後,再也不會發光,但在其它位置,又會出現新的發光點。為了要能拍攝到這類光源所產生的由兩個波列疊加形成的干涉圖樣,攝影儀器的曝光時間必須要小於 。在舊時,無法製造出這麼高階的攝影儀器,因此從這類光源很難拍攝到干涉圖樣。但是,通過適當處理,仍舊可以觀察到這些光源的干涉圖樣。

為了要觀察到這些互相不關聯的波源所形成的干涉圖樣,必須從這些波源製造出相干性較高的波。有兩種方法可以達成這目標:

第一種方法稱為「波前分割法」。從微小波源發射出的波,其波前與微小波源之間的距離大致相等。使用具有幾條狹縫的檔板來過濾從微小波源發射出的波,只要這些狹縫與微小波源之間的距離相等,就可以保證同樣的波前入射於這幾條狹縫。位于波前的每一點都可以視為一個波源,會發射出次波。因此,從這幾條狹縫衍射出來的次波,其相位大致相同。楊氏雙縫實驗就是借着這方法製成兩束相干性較高的光波,這兩束光波會在觀察屏產生干涉圖案。

第二種方法稱為「波幅分割法」。用半透射、半反射的半鍍銀鏡,可以將光波一分為二,製造出透射波與反射波,這兩束光波非常相似,相干性非常高。假設這兩束光波的光程長度不相等,則由於在觀察屏的相位不同,會產生明顯不同的干涉圖樣。邁克耳孫干涉儀使用的就是這種方法。

自從激光、激微波的發明以後,物理學者不再為尋找高相干性的光源這問題而煩惱,激光所製造出來的波列通常能維持 之久。這給予足夠的曝光時間來拍攝干涉圖樣。

應用

以前,只有在學習光學的楊式雙縫實驗時,才會接觸到相干性這術語。現今許多涉及波動的領域,像聲學、電子工程、量子力學等等,都會使用到這術語。許多科技的運作都倚賴相干性質為基礎。例如,全息攝影術、音波相位陣列、光學相干斷層掃描、天文光學干涉儀 (astronomical optical interferometers) 、與射電望遠鏡、指紋識別等等。

參考文獻