Hyppää pääsisältöön

Koronavirustilanne Itä-Suomen yliopistossa

Valoa

Optisen koherenssiasteen mittaus ja muunnokset

  • Teknologia ja innovaatiot

Useimmat valonlähteet, jotka kohtaamme jokapäiväisessä elämässä ovat osittain koherentteja, kun taas laserit ovat lähes täysin koherentteja. Jos kuvitellaan kitaristi soittaa yhtä ja samaa säveltä jaksollisesti kerta toisensa jälkeen, tilanne verrattavissa täysin koherenttiin tapaukseen, kun taas kokonaisen kappaleen soittaminen vastaa osittain koherenttia tapausta.

Valon koherenssiominaisuudet kuvaavat sen satunnaisuutta: mitä satunnaisempi kenttä on, sitä pienempi on sen koherenssiaste. Mekaanisiin tai akustisiin aaltoihin verrattuna valoaalto kuitenkin värähtelee hyvin nopeasti, itse asiassa nopeammin kuin mikään detektori ehtii suoraan reagoimaan. Kentän kuvaamisen tarvitaan siksi statistista lähestymistapaa eli juuri koherenssiteoriaa. Täysin koherentin valon eteneminen vapaassa avaruudessa ja sen vuorovaikutus materiaalien kanta on selvästi helpompi hallita kuin osittain koherentin valon. Osittain koherenttien lähteiden tapauksessa on tärkeää ymmärtää niiden koherenssiominaisuudet, pystyä mittaamaan ne, ja tarvittaessa muuttamaan niitä käyttötarkoituksen mukaan.

MSc Atri Halderin väitöstyössä tarkastellaan teoreettisesti, numeerisesti ja kokeellisesti, sekä stationääristen että ei-stationääristen (pulssimuotoisten) optisten skalaarikenttien koherenssia. Ensimmäisessä osassa esitetään ja todennetaan menetelmä osittain koherenttien Bessel-korreloitujen kenttien tuottamiseksi siten, että koherenssialaa voidaan hallita, sekä menetelmä koherenssien kenttien muuntamiseen korrelaatioinvarianteiksi kentiksi. Bessel-korreloidut kentät ovat niitä harvoja osittain koherentteja kenttiä, jotka voidaan kuvata analyyttisesti. Paikkakoherenssin mittaamiseen käytetään aaltorintaman taittoon perustuvia interferometrejä (WFI). Työssä esitetään merkittävä parannus niiden rakenteeseen ja todennetaan sen tuomat edut.

Väitöstyössä tarkastellaan myös unitaaristen paikkamuunnosten vaikutusta valon koherenssiasteeseen. Näitä muunnoksia voidaan toteuttaa esimerkiksi normaaleilla energian säilyttävillä sateenjakajilla. Tulokset osoittavat, että unitaarisilla paikkamuunnoksilla on vaikutusta koherenssin interferenssikuvion näkyvyyteen. Kahden osittain koherentin (taso)aallon interferenssikoe mahdollistaa kentän esittämisen täysin korreloidun ja täysin korreloimattoman osan avulla; jälkimmäinen voidaan eristää unitaarisen paikkamuunnoksen avulla.

Jos valkoinen valo etenee prisma läpi, se hajoaa dispersion seurauksena eri väreihin (punainen, oranssi, vihreä, sininen jne.). Valkoista valoa voidaan tuottaa myös antamalla intensiivisen yksivärisen valon vuorovaikuttaa epälineaarisesti materiaalien kanssa; ilmiötä kutsutaan superjatkumoksi. Jos tämä tehdään optisessa kuidussa, tuloksia on usein hyvinkin satunnainen (matalan koherenssin omaava) kenttä. Tässä työssä tarkastellaan ensimmäistä kertaa bulkkimateriaaleissa tuotetun superjatkumovalon temporaalisia ja spektraalisia koherenssiominaisuuksia numeeristen mallien avulla.

Master of Science Atri Halderin väitöskirja Transformations and measurements of the complex degree of coherence tarkastetaan Itä-Suomen yliopiston luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa 11.12. verkossa. Vastaväittäjänä toimii professori Pierre Chavel, Université Paris-Saclay, ja kustoksena professori Jari Turunen, Itä-Suomen yliopisto. Tilaisuus on englanninkielinen.

Väittelijän painolaatuinen kuva

Tilaisuus verkossa

Väitöskirja verkossa