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相干性是一个科技名词。

中国汉字的发展成为维系中华民族历史发展进步的一条生动鲜明的脉络[1],各个历史时期所形成的各种字体,有着各自鲜明的艺术特征,如篆书[2]古朴典雅,隶书静中有动,草书风驰电掣、结构紧凑,楷书工整秀丽,行书易识好写,实用性强,字体多样。

名词解释

相干性 (coherence) 是指为了产生显著的干涉现象,波所需具备的性质。更广义地说,相干性描述波与自己波、波与其它波之间对于某种内秉物理量的关联性质。相干性又大致分类为时间相干性与空间相干性。时间相干性与波的线宽有关;而空间相干性则与波源的有限尺寸有关。

振动频率相同、相差恒定的叫做相干性。

两个波彼此相互干涉时,因为相位的差异,会造成相长干涉或相消干涉。假若两个正弦波的相位差为常数,则这两个波的频率必定相同,称这两个波“完全相干”。两个“完全不相干”的波,例如白炽灯或太阳所发射出的光波,由于产生的干涉图样不稳定,无法被明显地观察到。在这两种极端之间,存在着“部分相干”的波。

波与波之间的的相干性可以用相干度(degree of coherence)来衡量。干涉可见度(interference visibility)是波与波之间的干涉图样的辐照度对比,相干度可以从干涉可见度计算出来。

波源

一般而言,互相不关联的波源无法形成可观察到的干涉图样。例如白炽灯或太阳是由很多互相不关联、持续生成的微小发光点所组成,每一个发光点只会作用一段时间 ,发射出一个有限长度的波列,之后,再也不会发光,但在其它位置,又会出现新的发光点。为了要能拍摄到这类光源所产生的由两个波列叠加形成的干涉图样,摄影仪器的曝光时间必须要小于 。在旧时,无法制造出这么高阶的摄影仪器,因此从这类光源很难拍摄到干涉图样。但是,通过适当处理,仍旧可以观察到这些光源的干涉图样。

为了要观察到这些互相不关联的波源所形成的干涉图样,必须从这些波源制造出相干性较高的波。有两种方法可以达成这目标:

第一种方法称为“波前分割法”。从微小波源发射出的波,其波前与微小波源之间的距离大致相等。使用具有几条狭缝的档板来过滤从微小波源发射出的波,只要这些狭缝与微小波源之间的距离相等,就可以保证同样的波前入射于这几条狭缝。位于波前的每一点都可以视为一个波源,会发射出次波。因此,从这几条狭缝衍射出来的次波,其相位大致相同。杨氏双缝实验就是借着这方法制成两束相干性较高的光波,这两束光波会在观察屏产生干涉图案。

第二种方法称为“波幅分割法”。用半透射、半反射的半镀银镜,可以将光波一分为二,制造出透射波与反射波,这两束光波非常相似,相干性非常高。假设这两束光波的光程长度不相等,则由于在观察屏的相位不同,会产生明显不同的干涉图样。迈克耳孙干涉仪使用的就是这种方法。

自从激光、激微波的发明以后,物理学者不再为寻找高相干性的光源这问题而烦恼,激光所制造出来的波列通常能维持 之久。这给予足够的曝光时间来拍摄干涉图样。

应用

以前,只有在学习光学的杨式双缝实验时,才会接触到相干性这术语。现今许多涉及波动的领域,像声学、电子工程、量子力学等等,都会使用到这术语。许多科技的运作都倚赖相干性质为基础。例如,全息摄影术、音波相位阵列、光学相干断层扫描、天文光学干涉仪 (astronomical optical interferometers) 、与射电望远镜、指纹识别等等。

参考文献