干渉視程
波動システムにおける干渉の測定

干渉可視度（干渉可視度や縞可視度とも呼ばれ、文脈によっては単に可視度とも呼ばれる）は、波の重ね合わせの影響を受けるシステムにおける干渉のコントラストの尺度です。例としては、光学、量子力学、水面波、音波、電気信号などが挙げられます。可視度は、干渉パターンの振幅と個々の波のパワーの合計の比として定義されます。干渉可視度は、 2つの波（または1つの波とそれ自身）のコヒーレンスを測定する実用的な方法を提供します。コヒーレンスの理論的定義は、相関の概念を用いた コヒーレンスの度合いによって与えられます。

一般的に、2つ以上の波が重ね合わされ、それらの位相差が変化すると、結果として生じる波のパワーまたは強度（量子力学における確率またはポピュレーション）が振動し、干渉縞が形成されます。点ごとの定義は、時間または空間に応じて変化する可視性関数に拡張できます。例えば、 2スリット実験では、位相差は空間の関数として変化します。あるいは、干渉計のバーニヤノブを調整するなどして、操作者が位相差を手動で制御することもできます。

光学における可視性

線形光干渉計（マッハ・ツェンダー干渉計、マイケルソン干渉計、サニャック干渉計など）では、干渉は時間または空間にわたる強度の 振動（干渉縞とも呼ばれる）として現れます。このような状況下では、干渉計の可視性は「マイケルソン可視性」[1]または「干渉縞可視性」とも呼ばれます。このタイプの干渉では、2つの干渉波の強度（パワー）の合計が、特定の時間領域または空間領域における平均強度に等しくなります。可視性は次のように表されます。[2]

ν ＝ あ / 私 ¯ 、 {\displaystyle \nu =A/{\bar {I}},}

振動強度の振幅包絡線と平均強度 に関して：

あ ＝ （ 私 最大 − 私 分 ） / 2 、 {\displaystyle A=(I_{\max}-I_{\min})/2,}
私 ¯ ＝ （ 私 最大 + 私 分 ） / 2. {\displaystyle {\bar {I}}=(I_{\max}+I_{\min})/2.}

次のように書き直すことができる: [3]

ν ＝ 私 最大 − 私 分 私 最大 + 私 分 、 {\displaystyle \nu ={\frac {I_{\max}-I_{\min}}{I_{\max}+I_{\min}}},}

ここで、I maxは振動の最大強度、I min は振動の最小強度です。

私 メートル 1つの × ＝ 私 1 + 私 2 + 2 ∗ 私 1 ∗ 私 2 ∗ | γ | 、 {\displaystyle I_{max}=I_{1}+I_{2}+2*{\sqrt {I_{1}*I_{2}}}*|\gamma |,}
私 メートル 私 n ＝ 私 1 + 私 2 − 2 ∗ 私 1 ∗ 私 2 ∗ | γ | 、 {\displaystyle I_{min}=I_{1}+I_{2}-2*{\sqrt {I_{1}*I_{2}}}*|\gamma |,}

2つの光学場が理想的には単色（単一波長のみで構成されている）の同じ偏光の点光源である場合、予測される可視性は次のようになります。

ν ＝ 2 私 1 私 2 | γ | 私 1 + 私 2 、 {\displaystyle \nu ={\frac {2{\sqrt {I_{1}I_{2}}}|\gamma |}{I_{1}+I_{2}}},}

ここで、 と はそれぞれの波の強度を示します。は元の電場の位相関係を示します。光場間の相違は、理想的な可視性から視認性を低下させます。この意味で、可視性は2つの光場間のコヒーレンスの尺度です。これはコヒーレンスの度合いによって理論的に定義されます。この干渉の定義は、水波と電気信号の干渉に直接適用されます。 私 1 {\displaystyle I_{1}} 私 2 {\displaystyle I_{2}} γ {\displaystyle \gamma}

例

マッハ・ツェンダー干渉計の可視性は一定です。
この二重スリット干渉における可視性は、中心で最大 (80%) になります。
ホン・オウ・マンデル干渉における可視性。遅延が大きい場合、光子は干渉しない。遅延がゼロの場合、同時発生光子対の検出は抑制される。

量子力学における可視性

シュレーディンガー方程式は波動方程式であり、量子力学ではすべての物体は波とみなせるため、干渉は至る所で見られます。例えば、ボーズ・アインシュタイン凝縮体は干渉縞を示すことがあります。原子集団はラムゼー干渉計において干渉を示します。光子、原子、電子、中性子、分子は二重スリット干渉計において干渉を示します。

参照

参考文献

  1. ^ 「フリンジ可視性 -- Eric Weisstein の物理学の世界より」。
  2. ^ 「光と干渉の基礎 - 縞コントラスト」(PDF)。2015年10月2日時点のオリジナル(PDF)からのアーカイブ。
  3. ^ 「Coherence」（PDF） . 2017年1月22日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2016年9月25日閲覧。
  • サニャック効果に関するステッドマンレビュー
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