Zeitkohärenz von "inkohärentem" Licht

Die räumliche Kohärenz beruht auf der Tatsache, dass selbst für ein einzelnes emittiertes Photon dieselbe Welle die beiden Schlitze erreicht.

Ich bin mir nicht sicher, was du damit meinst. Räumliche Kohärenz hat nichts mit Photonen zu tun, sie kommt von der scheinbaren Größe der Quelle, wie sie vom Beobachter gesehen wird. Jede Quelle, die Sie in einem Interferenzexperiment verwenden möchten (eine Spektrallampe, ein Stern, ein Laser), hat eine endliche Größe. Um den Kontrast zu erhöhen, möchten Sie eine möglichst punktförmige Quelle verwenden, um eine Überlagerung von Interferenzmustern zu vermeiden, die von verschiedenen inkohärenten Punkten der Quelle stammen. Aus diesem Grund erzeugen Sterne, wie @CuriousOne betonte, sehr kohärente Interferenzmuster: Ihre Winkelgröße ist von einem Beobachter, der auf der Erdoberfläche sitzt, sehr klein.

Beim Laser müssen Sie sich keine Gedanken über die Größe des Strahls machen, da er durch seine Quantennatur räumlich kohärent ist.

Zeitkohärenz ist eine andere Geschichte. Es gibt zwei äquivalente Möglichkeiten, es sich vorzustellen (verbunden durch Fourier-Transformation). Nehmen wir den Fall einer punktförmigen Quelle, die eine gewisse Strahlung bei einer bestimmten Frequenz aussendet$\omega$. Wegen thermischer Anregungen die Phase der Emission$\phi (t)$springt zufällig auf einer typischen Zeitskala$\tau$. Zwei Strahlen, die das Interferenzmuster überlagern, sind kohärent, wenn ihre jeweilige Verzögerung kleiner als ist$\tau$, die die Kohärenzzeit definiert. Sie ist durch einen Faktor von mit der Kohärenzlänge der Quelle verknüpft$c$, die Lichtgeschwindigkeit.

Im Frequenzbereich ist diese zufällige Phasenänderung$\phi(t)$verursacht eine Verbreiterung der Emissionsspitze bei der Frequenz$\omega$, der zu einem Lorentz-Peak wird, dessen Zentrum bei liegt$\omega$mit etwas Weite$\Delta \omega$. Die Quantität

$\tau = \frac{1}{\Delta \omega}$

definiert in diesem Fall die Kohärenzzeit der Quelle, die wiederum mit der Kohärenzlänge verknüpft ist$l_c = c \tau$. Jede erdenkliche Quelle hat eine endliche Kohärenzlänge, selbst die stabilsten Laser (deren Kohärenzlänge immer noch Hunderte von Kilometern erreichen kann). Zum Vergleich normale Spektrallampen, die in Schullabors verwendet werden$l_c$in der Größenordnung von einigen Millimetern bis zu einigen Zentimetern, und eine Glühbirne liegt eher in der Größenordnung von einigen Mikrometern.

Was Ihre letzte Frage betrifft, so wurde ein ähnliches Experiment durchgeführt, obwohl es keinen Doppelspalt beinhaltet. Es heißt Michelson-Experiment und testet mithilfe von Spiegeln das Interferenzmuster, das Licht erzeugt, wenn die Lichtwellen mit zeitverzögerten Versionen von sich selbst kombiniert werden. Durch Ändern des Abstands eines der Spiegel kann die Zeitverzögerung gesteuert werden. Eine gewisse Verzögerung lässt die Interferenz verblassen, und eine gewisse Verzögerung lässt die Interferenz vollständig verschwinden.

Auch die von Ihnen erwähnte räumliche Kohärenz, die erforderlich ist, um Interferenzen im Doppelspaltexperiment zu sehen, wird durch Beugung bereitgestellt, es sei denn, Sie verwenden eine Lichtquelle, die räumlich kohärent genug ist. Beispielsweise wird oft ein Einfachspalt mit Abstand vor den Doppelspalt gesetzt. Der Effekt bewirkt, dass die Lichtwellen in Phase zueinander zu den beiden Schlitzen wandern (unter der Annahme von monochromem Licht), was genau für die Interferenz erforderlich ist.

BEARBEITEN: "Der Effekt lässt die Lichtwellen in Phase zueinander zu den beiden Schlitzen wandern (unter der Annahme von monochromem Licht), was genau für die Interferenz erforderlich ist." Ich sollte hinzufügen, dass dies jedoch nicht bedeutet, dass die Lichtwellen gleichzeitig mit dem Doppelspalt auf die Oberfläche treffen. Es bedeutet lediglich, dass die Wellen von Kamm zu Kamm und von Tal zu Tal zum Doppelspalt wandern. Das ist nötig, um die Muster der destruktiven Interferenz zu erkennen.