Измерение степени когерентности

Существуют различные способы количественной оценки степени когерентности:

• Корреляционные функции указывают степень корреляции в зависимости от пространственной или временной дистанции.

• Контраст интерференционной картины, образованной наложением двух лучей, характеризует их степень когерентности.

• Время когерентности определяется как время, при котором когерентность теряется.

• Длина когерентности равна длине когерентности, умноженной на скорость света в вакууме. Она также характеризует временную когерентность (не пространственную!) вдоль того пути распространения, на котором эта когерентность теряется.

• Ширина спектральной линии одночастотного лазера также сильно зависит от временнОй когерентности: узкая ширина спектральной линии (высокая монохроматичность) означает высокую временнУю когерентность.

Соотношение между оптической пропускной способностью и временной когерентностью может быть необычным. Например, последовательность импульсов лазера с синхронизацией мод (mode-locked laser) может иметь широкую полосу пропускания со спектром Фурье, состоящим из дискретных очень узких линий (→ частотные гребенки). Временная когерентность может быть очень высокой в том смысле, что есть сильные корреляции поля для больших временных задержек, которые близки к кратным периодам импульса.

Важность когерентности в решении практических задач

Некоторым приложениям нужен свет с очень высокой пространственной и временной когерентностью. Это относится, например, для многих задач интерферометрии, голографии, а также к некоторым видам оптических датчиков (например, волоконно-оптических датчиков ). Такие особенности имеют важное значение для техники с когерентным сведением лучей лазеров.

Для других приложений когерентность используемого света должна быть максимально низкой, насколько возможно. Например, очень низкая временная когерентность (но в сочетании с высокой пространственной когерентностью) требуется для когерентной томографии, где высокое пространственное разрешение требует низкой временной когерентности. Подходящие источники света для таких приложений могут быть основаны на усилении спонтанного излучения (ASE) от лазерного усилителя (суперлюминесцентных источников) или на генерации суперконтинуума в нелинейных средах. Низкая степень временной когерентности также может быть полезной для лазерных проекционных дисплеев, работы с изображениями и указателями приложений, так как это уменьшает образование спекловой картины и подобных интерференционных эффектов.

Когерентность в квантовой оптике

В квантовой оптике термин «когерентность» часто используется для описания параметров излучающих атомов или ионов. В этом случае, когерентность относится к соотношению фаз между комплексными амплитудами соответствующих электронный состояний. Это важно, например, в контексте лазерной генерации без инверсии. Существует также термин " когерентное состояние" светового поля, которое имеет еще одно значение.

Разработка системы лазерного освещения для автомобилей BMW Group

Концерн BMW Group, как лидер среди мировых производителей автомобилей премиум-класса активно применяет передовые технологии в процессе создания своей продукции. Эксклюзивные инновации и технологические прорывы позволяют BMW уверенно увеличивать отрыв от конкурентов.

В такой высокотехнологичной области как автомобильное освещение компания занимает ведущие позиции благодаря применению полностью светодиодных фар в новом BMW 6 серии, а также созданию инновационных систем помощи водителю, таких как неослепляющая система управления дальним светом и система динамического точечного освещения BMW.

Следующим логическим шагом в разработке систем освещения для легковых автомобилей становится лазерный свет. Уже сегодня инженеры концерна BMW Group работают над тем, чтобы всего через несколько лет внедрить инновационную технологию лазерного освещения в серийное производство. Лазерный свет сделает возможным использование полностью новых функций освещения, обеспечивающих еще больше безопасности и комфорта, а также внесет значительный вклад в сокращение расхода топлива.

Лазерное освещение обеспечивает практически параллельные световые лучи

По своему определению лазерный свет значительно отличается от солнечного и от всех других ранее известных источников света. Он является монохромным, то есть состоит только из одной длины волны. Также лазерный свет когерентен, его колебания являются синхронными, что позволяет обеспечить практически параллельный пучок большей яркости, который в тысячу раз интенсивнее, чем обычное светодиодное освещение. Благодаря этим качествам лазерное освещение при использовании в автомобильных фарах позволяет реализовать полностью новые функции, а также делает возможным снижение расхода энергии по сравнению со светодиодными фарами более чем в два раза. Лазерный свет экономит топливо.

Его высокая интенсивность не является угрозой для людей и животных при использовании в качестве светового источника в легковых автомобилях. Это достигается благодаря тому, что лазерный свет излучается в преобразованном для использования в условиях дорожного движения виде. В результате мы имеем очень светлый, белый, приятный для глаз свет, потребляющий малое количество энергии.

Уже сегодня технологии лазерного освещения (лазерные диоды) абсолютно безопасно используются в потребительском секторе, оставаясь при этом незаметными для многих клиентов.

При использовании в легковых автомобилях, как это планирует компания BMW, преимущества этого решения будут видимыми и ощущаемыми. Важным аспектом вопроса является конструктивный размер лазерных диодов. Для сравнения: обычный светодиод в качестве квадратного единичного источника света обладает длиной стороны один миллиметр. Соответствующая величина лазерного диода составляет лишь сотую часть от аналогичной величины светодиода - всего десять микрометров. Благодаря этому интеграция лазерных диодов в автомобиль в качестве источников света открывает кардинально новые возможности.

Однако инженеры BMW не планируют экстремально уменьшать автомобильные фары, хотя теоретически это возможно. Более того, фары сохранят свои привычные размеры и останутся в будущем важным элементом дизайна автомобилей марки. Преимущества, возникающие благодаря малой потребности в площади, можно выгодно использовать с точки зрения конструктивной ширины, размещения фар и оформления кузова.

Еще одно преимущество технологий лазерного освещения, которое инженеры компании намерены использовать в полном объеме: высокая эффективность лазерного света. В подтверждение этого факта достаточно привести лишь две величины: лазерный свет обладает световым потоком 170 люменов на Ватт (фотометрическая единица измерения светового потока), аналогичная величина у светодиодного света составляет всего около 100 люменов. Эти значения позволяют понять, что технология лазерного освещения BMW также будет использоваться для повышения эффективности автомобиля в целом. Лазерным световым освещением будет оснащаться концепт-кар BMW i8 Concept, один из первых представителей нового суббренда BMW i. Появление нового высокотехнологичного освещения полностью соответствует концепции суббренда, в которой понимание значения слова "премиум" тесно связано с понятиями экологии, инноваций и устойчивого развития.

Лазерный свет обеспечивает высокий уровень эффективности и безопасности

Большое значение при разработке систем лазерного освещения для легковых автомобилей имеет безопасность. Абсолютная безопасность для зрения всех участников дорожного движения и максимальная безопасность на дороге являются главными приоритетами для концерна BMW Group.

Лазерный свет радикально отличается от солнечного и прочих других источников освещения, потому что свет от лазера — монохромный, следовательно, все его световые волны имеют одинаковую фазу и длину. Лазер создает параллельный, не рассеянный, как у обычных ламп, свет, интенсивность которого превышает в 1000 (!) раз светодиодный. Не беспокойтесь, "ксенона" не получится — такая запредельная интенсивность лазерного луча не ослепит других водителей, так как лазерный свет сам непосредственно не излучается — он только подсвечивает особенный отражающий материал. Получается приятный для глаз белый яркий луч.

Единственный минус — цена. Но светодиоды, когда только появились, тоже были запредельно дорогими. Интенсивность лазерного излучения не представляет риск для людей или животных в случае использовании в качестве автомобильного освещения. Среди прочего, это происходит, потому что свет не испускается непосредственно, а сначала преобразуется с помощью флуоресцентного материала – люминофора внутри лампы в чистый белый свет, очень яркий и приятный для глаз и пригодной для использования в дорожном движении. Лазерные диоды уже используются сегодня в потребительском секторе.

Перед тем как лазерный свет попадает на дорогу, он проходит важный этап преобразования. Непосредственно в фаре изначально синий луч лазерного света преобразуется с помощью фосфорного световещества. В результате мы имеем максимально белый, очень светлый и приятный глазу свет. Таким образом в будущем лазерный свет позволит использовать все известные и новые функции освещения BMW, например, адаптивную систему освещения поворотов, систему динамического точечного освещения BMW и "систему управления дальним светом, предотвращающую ослепление". Помимо этого система лазерного освещения BMW позволит внедрить полностью новые функции с заметным сокращением потребления энергии.