Почему спеклы даёт лазер, а лампа — нет?

Нужна пространственная и временная когерентность. Лазер монохроматичен и идёт из узкой апертуры — случайные фазы складываются в устойчивую картину. У лампы много длин волн и точек излучения: интерференция быстро меняется и усредняется в ровное пятно.

Спеклы — свойство экрана или света?

Системы целиком: когерентный свет плюс шероховатость, которая навязывает случайные фазы. Поверните поверхность — картина сменится. Само появление спеклов — следствие когерентного освещения любой грубой поверхности.

О чём говорит размер зерна?

Он растёт с длиной волны и падает с угловым размером пучка на детекторе. Уже апертура — крупнее спеклы. Связь та же, что у дифракционного предела.

Спеклы только мешают или их используют?

В изображении они часто шум. В метрологии спекл-интерферометрия и корреляция картин измеряют малые смещения, вибрации и шероховатость.

Спекл-картина лазера

Когерентный свет и случайные фазы: зернистая картина I ∝ |Σ exp(i(k·r + φ))|². Качественная модель рассеяния.

О модели

Спекл-картина — зернистая интерференция, когда когерентный свет отражается от шероховатой поверхности или проходит рассеиватель. Поле в плоскости наблюдения — сумма вкладов со случайными фазами: E = Σ A_j exp(i(k·r_j + φ_j)), интенсивность I ∝ |E|². Случайные фазы дают яркие и тёмные зёрна. Свет монохроматический и полностью когерентный, фазы равномерны на [0, 2π), срез двумерный. Средний размер зерна связан с длиной волны и угловой апертурой, как у дифракционного предела. На экране одна реализация суммы; новые фазы задают другую картину. Некогерентный свет спеклов не даёт: картины усредняются.

Для кого: Вузовская волновая оптика: когерентность, интерференция, спеклы.

Ключевые понятия

спекл-картина
когерентность
интерференция
случайная фаза
суперпозиция
интенсивность

Как это работает

Много когерентных волн со случайными фазами складываются в плоскости экрана: I ∝ |Σ exp(i(k·r + φ))|². Получается зернистая картина — те же спеклы, что у лазерной указки на стене. Число волн и новая случайная реализация фаз меняют размер зерна и рисунок. Это качественная сумма, не полный расчёт шероховатой поверхности.

Часто задаваемые вопросы

Почему спеклы даёт лазер, а лампа — нет?: Нужна пространственная и временная когерентность. Лазер монохроматичен и идёт из узкой апертуры — случайные фазы складываются в устойчивую картину. У лампы много длин волн и точек излучения: интерференция быстро меняется и усредняется в ровное пятно.
Спеклы — свойство экрана или света?: Системы целиком: когерентный свет плюс шероховатость, которая навязывает случайные фазы. Поверните поверхность — картина сменится. Само появление спеклов — следствие когерентного освещения любой грубой поверхности.
О чём говорит размер зерна?: Он растёт с длиной волны и падает с угловым размером пучка на детекторе. Уже апертура — крупнее спеклы. Связь та же, что у дифракционного предела.
Спеклы только мешают или их используют?: В изображении они часто шум. В метрологии спекл-интерферометрия и корреляция картин измеряют малые смещения, вибрации и шероховатость.

Продолжите с близкими темами в этой категории — или все 50 в «Оптика и свет».

Вся категория →

Школьные