Понимание Размера Пятна от Длины Когерентности в Оптике

Понимание размера спеклов из длины когерентности

Когда мы погружаемся в мир оптики, одним из увлекательных явлений, с которым мы сталкиваемся, является образование спеклов. Эти спеклы это зернистые интерференционные узоры, которые развиваются, когда когерентный свет, такой как свет лазера, рассеивается на шероховатой поверхности. Размер этих спеклов критичен в различных приложениях, от микроскопии до голографии, и он непосредственно коррелирует с понятием, известным как длина когерентности.

Расшифровка формулы

Формула для расчета размера спеклов выглядит следующим образом:

speckleSize = (lambda × distance) / coherenceLength

Вот подробное объяснение каждого параметра:

• lambda (λ): Это представляет длину волны используемого света. Обычно измеряется в метрах (м) или нанометрах (нм).
• distance (D): Это расстояние между точкой наблюдения (или детектором) и рассеивающей поверхностью, измеряемое в метрах (м).
• coherenceLength (Lc): Длина когерентности источника света, также измеряемая в метрах (м). Обычно она определяет, насколько далеко могут поддерживаться когерентные свойства света.
• speckleSize: Результирующий размер спеклов, который также измеряется в метрах (м).

Пример из реальной жизни

Предположим, что мы используем лазер с длиной волны (λ) 632,8 нм (что равно 632,8 x 10 ⁹ метров) для наблюдения за спеклами на шероховатой поверхности с расстояния в 1 метр. Предположим, что длина когерентности (Lc) лазера составляет 0,1 метра. Подставляя эти значения в формулу, получаем:

speckleSize = (632.8 x 10 9 м * 1 м) / 0.1 м = 6.328 x 10 6 метров

Таким образом, размер наблюдаемых спеклов составляет примерно 6,328 микрометра.

Практические применения

Понимание и контроль размера спеклов могут значительно повлиять на такие области, как:

• Биомедицинская визуализация: Тонкая настройка размера спеклов может повысить точность в методах визуализации, таких как лазерная допплеровская визуализация.
• Оптическая метрология: Точные измерения шероховатости поверхности и смещений в материалах могут быть улучшены за счет манипуляции спекловыми узорами.
• Голография: Точное запись и восстановление голографических изображений зависят от взаимодействия размеров спеклов.

Часто задаваемые вопросы

Что происходит, если длина когерентности короче?

Если длина когерентности уменьшается, размер спеклов становится больше для того же расстояния и длины волны, что приводит к более диффузному узору спеклов.

Может ли эта формула применяться ко всем типам когерентного света?

Да, формула справедлива для всех источников когерентного света, включая лазеры и светодиоды, но чаще всего она используется с лазерами из за их высокой когерентности.

Почему длина волны так важна?

Длина волны света влияет на интерференционный узор, что делает её критическим фактором для расчета размеров спеклов.

Важность точности

В заключение, расчет размера спеклов из длины когерентности важен не только для теоретической оптики, но и для практических применений в науке и промышленности. Точность в этих расчетах приводит к лучшему контролю и улучшению оптических систем, которые приносят пользу в различных областях.