相干长度

✍ dations ◷ 2025-04-26 13:00:22 #根据美国军用标准188引用文段的维基百科条目,电磁辐射,光学,振动和波

在物理学中,相干长度表示的是相干波(例如电磁波)保持一定的相干度(英语:degree of coherence)进行传播的距离,在全息摄影与通信工程领域是一个重要的概念。

当相干波路径间的差距小于相干长度时,可明显观测到干涉现象。相干长度越长的波,越接近完美的正弦波。若把相干波想象成一列在国庆阅兵时踏正步前进的队伍,在理想情况下,每个成员都应该同时举脚,也同时落脚。但是当队伍过长时,位于队伍后端的士兵的举脚和落脚时间不一定能够和最前领头的保持绝对一致。由此,可以定义出阅兵队伍的“相干长度”,即能够保证头尾所有士兵动作一致的队伍长度上限。如果队伍内大家同时举脚同时落脚的这段距离(范围)越长,则相干长度越长。

本条目主要讨论的是经典电磁场中的相干现象。量子力学中波函数的量子相干长度是经典相干长度在数学意义上的类比概念。

在无线电频段(radio-band)系统中,相干长度可用下式粗略计算

其中 c 表示真空中的光速,n 表示介质的折射率, Δ f {\displaystyle \Delta f} 表示波源的带宽。

在光学通信(optical communications)中,假设波源的发射光谱是一个高斯分布,则相干长度 L {\displaystyle L} 可由下式给出

其中 λ {\displaystyle \lambda } 表示波源的中心波长, n {\displaystyle n} 表示介质的折射率, Δ λ {\displaystyle \Delta \lambda } 表示波源的谱宽(英语:spectral width)。若波源光谱的半峰全宽为 Δ λ {\displaystyle \Delta \lambda } ,则 ± L {\displaystyle L} 的路径偏移将会使干涉可见度(英语:Interferometric visibility)减少到50%。

上述的表达式常用于近似计算。由于波源谱宽的定义较为含糊,相干长度的下述定义被提出:

相干长度可被迈克耳孙干涉仪测量,是干涉可见度等于 1 / e = 37 % {\displaystyle 1/e=37\%} 的自相干(self-interfering)激光的光程差。干涉可见度(或条纹可见度,“fringe visibility”)被定义为

其中 I {\displaystyle I} 表示条纹(fringe)的强度。

在长距离的传输系统中,相干长度可能会因为某些传播因素(propagation factors)而被削减,例如色散、散射和衍射。

多模(multimode)氦氖激光(英语:helium–neon laser)的相干长度一般为20厘米,而单模(singlemode)的相干长度可超过100米。一些半导体激光的相干长度可达几百米,但小型的简易半导体激光的相干长度较短(某二极管激光器的相干长度为20厘米)。谱线宽度(英语:Laser linewidth)为几千赫兹的单模纤维激光器的相干长度能大于100公里。光学频率梳(英语:frequency comb)由于梳齿之间狭窄的谱线宽,也可以达到相似的相干长度。

相关

  • 智慧设计论智能设计论(英语:Intelligent design,简称智设论、ID)是对神的存在的宗教性逻辑论证。尽管支持者认为智能设计论是一个“关于生命起源的科学理论”,但其已遭主流科学界视为伪科学
  • 黄酒黄酒,一种酿造米酒,是中国酒的两大主流之一,是以稻米为原料酿制成的粮食酒。不同于俗称白酒的烧酒,黄酒没有经过蒸馏,酒精含量低于20%,因色泽呈黄色而得名。原产中国浙江、湖北房
  • 中天中天是天文学上当行星、恒星或星座等天体,在周日运动的过程中所经过的一个点,在观察上是该天体正经过当地子午圈的时刻。换言之,是该天体在最高点的位置,也是该天体最接近天顶的
  • 西德尼·诺兰西德尼·罗伯特·诺兰爵士,OM,AC(英语:Sir Sidney Robert Nolan,1917年4月22日-1992年11月28日)是一位澳大利亚画家,代表作是《奈德·凯利》系列。1917年4月22日,西德尼·诺兰出生在
  • 夜行性动物夜行性(英语:nocturnality),是一种动物行为,形容这些生物会于日间休息,却在晚间活跃,正好与我们所熟悉的日行性行为相反。也有介乎两者之间,于黄昏时期出没的生活习性。昼伏夜出的习
  • 比佛利山庄比佛利山庄可以指:其他用法,请见比佛利山 (消歧义)
  • 阿基莱·劳伦号挟持事件阿基莱·劳伦号(Achille Lauro),旧名威廉·莱斯号,是一艘客轮,最有名的即是1985年的劫船事件。1938年下订单建造,1939年船身龙骨于荷兰弗林西根完成,隶属鹿特丹航运公司。不过在二
  • 种族隔离制度种族隔离(英文:Racial segregation),指在日常生活中,按照不同种族将人群分割开来,使得各种族不能同时使用公共空间或者服务。种族隔离可能是法律规定的,也可能是无法律规定但事实存
  • 蒂豪尼蒂豪尼(匈牙利语:Tihany),是匈牙利维斯普雷姆州所辖的一个村落,位于匈牙利以至中欧最大的湖泊巴拉顿湖北岸的蒂豪尼半岛之上,总面积27.33平方公里,总人口1,363,人口密度每平方公里49
  • 赌彩黑名单《赌彩黑名单》(英语:)是一部1988年美国动作犯罪惊悚片,由巴迪·范宏恩(英语:Buddy Van Horn)执导,史帝夫·沙朗编剧。该片为1983年电影《拨云见日》的续集,以及“肮脏哈利系列电影(英