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相干長度
(光學專有名詞)
鎖定
在
物理學中,
相干長度表示的是
相干波(例如
電磁波)保持一定的相干度進行傳播的距離。相干長度越大,相干時間越長,那麼光源的時間相干性越好。
[1]
- 中文名
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相干長度
- 外文名
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Coherence Length
- 類 別
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光學專有名詞
- 應用學科
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物理學
- 應用領域
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全息攝影與通信工程領域
- 定 義
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相干波保持相干度進行傳播的距離
相干長度定義
在
物理學中,
相干長度表示的是
相干波(例如
電磁波)保持一定的相干度進行傳播的距離。當相互干涉的波的路徑之間的差距小於相干長度時,
干涉現象明顯。波的干涉長度越長,越接近完美的正弦波。相干長度在
全息攝影與
通信工程領域是一個重要的概念。
本條目主要討論的是
經典電磁場中的相干現象。
量子力學中
波函數的量子相干長度是經典相干長度在數學意義上的類比概念。
相干長度公式
在
無線電頻段(radio-band)系統中,相干長度可用下式粗略計算
[1]
其中 c 表示真空中的光速,n 表示
介質的
折射率,
表示波源的帶寬。
在光學通信(optical communications)中,假設波源的
發射光譜是一個高斯分佈,則相干長度L可由下式給出
其中
表示波源的中心
波長,n 表示介質的折射率,
表示波源的
譜寬。若波源光譜的
半峯全寬為
,則 ±L 的路徑偏移將會使干涉可見度減少到50%。
上述的表達式常用於近似計算。由於波源譜寬的定義較為含混,相干長度的下述定義被提出:
相干長度可被邁克耳孫干涉儀測量,是干涉可見度等於
的自相干(self-interfering)激光的光程差。
[2]
干涉可見度(或條紋可見度,“fringe visibility”)被定義為
其中I表示條紋(fringe)的強度。
在長距離的
傳輸系統中,相干長度可能會因為某些傳播因素(propagation factors)而被削減,例如
色散、
散射和
衍射。
相干長度激光
多模(multimode)
氦氖激光的相干長度一般為20釐米,而單模(singlemode)的相干長度可超過100米。一些
半導體激光的相干長度可達幾百米,但小型的簡易半導體激光的相干長度較短(某
二極管激光器的相干長度為20釐米)。
譜線寬度為幾千赫茲的單模纖維激光器的相干長度能大於100公里。光學
頻率梳由於梳齒之間狹窄的譜線寬,也可以達到相似的相干長度。
相干長度相關術語
- 參考資料
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1.
姚啓鈞, 物理學, 平裝, 等. 光學教程第二版[M]. 北京: 高等教育出版社, 1989.
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2.
Ackermann, Gerhard K. Holography: A Practical Approach. Wiley-VCH. 2007. ISBN 3-527-40663-8.