Спеклы. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Спеклы (от англ. speckle - пятнышко, крапинка) - пятнистая структура в распределении интенсивности когерентного света, отражённого от шероховатой поверхности, неровности к-рой соизмеримы с длиной волны света

, или прошедшего через среду со случайными флуктуациями показателя преломления. С. возникают вследствие интерференции света, рассеиваемого отд. шероховатостями объекта. Т. к. поверхность предмета освещается когерентным светом, то интерферируют все рассеянные лучи и интерференц. картина имеет не периодическую, а хаотич. структуру. На рис. 1 представлена фотография спекл-структуры, возникающей при рассеянии высокоинтенсивного (лазерного) пучка света, проходящего через матовое стекло.

Можно различить два случая образования С.- в пространстве предметов и в пространстве изображений. В пространстве предметов возникают т. н. объективные С. Свет от лазера (рис. 2) освещает шероховатую, диффузно рассеивающую поверхность; полная амплитуда световой волны в точке наблюдения является суммой векторов амплитуд волн, рассеянных всеми точками освещённой поверхности. Эти волны имеют случайные фазы, и в результате их сложения получается случайная результирующая амплитуда. При изменении координат точки наблюдения полная амплитуда (и интенсивность) принимает различные, также случайные значения, что и обусловливает появление С. Поперечное смещение точки наблюдения (без изменения расстояния до рассеивающей поверхности) ведёт к быстрому изменению разности хода между интерферирующими волнами и, соответственно, к мелкомасштабным изменениям интенсивности. Продольное смещение точки наблюдения ведёт к относительно медленным изменениям разности хода и, соответственно, к относительно крупномасштабным флуктуациям интенсивности. Др. словами, отдельные С. имеют вытянутую вдоль направления наблюдения сигарообразную форму.

Рис. 2. Схема образования объективной спекл-структуры: Л - лазер; РП - рассеивающая поверхность; S - точка наблюдения.

где

- угл. диаметр освещённой когерентным светом шероховатой поверхности. Средний продольный размер спекла

В пространстве изображений образуются т. н. субъективные С. При наблюдении субъективных С. изображение предмета оказывается промодулированньш спекл-структурой. В этом случае ср. размеры С. также описываются ф-лами (1) и (2), где

- угл. размеры линзы, образующей изображение (рис. 3). Субъективные С. обусловлены интерференцией волн, исходящих из всех элементов микроструктуры поверхности объекта в пределах пятна разрешения оптич. системы, т. е. предполагается, что оптич. система не разрешает микроструктуру поверхности.

Рис. 3. Схема образования субъективной спекл-структуры (структуры изображения): Л - лазер; РП - рассеивающая поверхность; L - линза; S - точка изображения.

Спекл-структура изображений проявляется как при фотографировании в когерентном свете, так и в голографии. В последнем случае размеры С. также определяются по ф-лам (1) и (2), где

- угл. размеры голограммы.

Спеклы мешают рассматриванию объектов, освещённых когерентным светом, поэтому для их устранения используют разл. методы, сводящиеся либо к существ. уменьшению размеров С., либо к усреднению спекл-структуры во времени при случайном изменении распределения фазы волны, освещающей объект (или голограмму). Но С. имеют и широкое практич. применение в спекл-фотографии и спекл-интерферометрии [1-3, 5] для регистрации перемещений и деформаций объектов с диффузной поверхностью, для измерения шероховатостей поверхности, в астрономии для измерения видимого диаметра звёзд и при изучении двойных звёзд.

Простейший вариант спекл-фотографии сводится к фотографированию объекта на одну и ту же фотопластинку до и после смещения или деформации. При освещении полученной таким способом спекл-фотографии нерасширенным лазерным пучком в дальней зоне наблюдается гало дифракции с полосами Юнга (рис. 4), ориентация и период к-рых определяются направлением и величиной смещения объекта между экспозициями. При изменениях микроструктуры объекта между экспозициями, что может быть обусловлено эрозией или коррозией поверхности, контактными взаимодействиями с др. телами, износом и т. д., идентичность спекл-структур, образованных объектом до и после смещения, нарушается и контраст полос Юнга уменьшается, что используют для изучения указанных явлений.

Кроме фотогр. вариантов спекл-фотографии и спекл-интерферометрии развивают и электронные варианты этих методов, к-рые сводятся к электронной записи и сравнению спекл-структур, записанных до и после изменений, произошедших с объектом, напр. с помощью телевиз. систем [2, 3].

Литература по спеклам

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.