Vad är koherenslängd i fysik?

Inom optik, som är den gren av fysiken som handlar om ljus och dess egenskaper, är koherenslängd (CL) det maximala avståndet som en ljusstråle eller andra elektromagnetiska fenomen kan färdas samtidigt som en viss grad av tidsmässig koherens bibehålls. Temporal koherens hänvisar till sinusformen hos en utbredningsvåg och förmågan att förutsäga var i sin fas en våg kommer att vara ett specifikt ögonblick i tiden. Om ljuset är koherent förblir det i fas med sig självt. Som ett resultat av detta hänvisar vissa texter också till koherenstid, som är koherenslängden dividerad med ljusets hastighet.

Koherenslängden påverkas av många faktorer: renheten och kraften hos ljuset som används, den specifika våglängden, närvaron av potentiell dispersion och diffraktion. Även om termen ”koherenslängd” främst används inom optik, har många av begreppen från optik generaliserats till alla situationer som involverar utbredning av vågor, såsom radiovågor, ljudvågor och kompressionsvågor. Det används också i diskussioner om supraledning, möjligen för att elektroner också kan ses som vågor under vissa förhållanden.

En betydande tillämpning av koherenslängd är holografi, inspelning och återskapande av tredimensionella bilder. Holografi fungerar genom att fånga interaktionen mellan två laserstrålar – en referensstråle och en objektstråle. Koherenslängden för lasern som används är den maximala vägskillnaden som kan tillåtas mellan strålarna, så den fungerar som en gräns för hologrammets djup som kan registreras. För en vanlig fem-milliwatt heliumneonlaser är denna CL begränsad till cirka 6-8 tum (15.2-20.3 cm).

En annan tillämpning av koherenslängd är inom telekommunikation, överföring av meddelanden över en elektromagnetisk signal. Här är CL det maximala avståndet som ett meddelande kan skickas utan att på något sätt vidarebefordras. För radiovågor kan längden approximeras genom att dividera ljusets hastighet genom det mediet med signalens bandbredd. Interferens, dispersion och diffraktion kan minska detta område. För optisk kommunikation är CL direkt proportionell mot kvadraten på källans centrala våglängd och omvänt proportionell mot brytningsindexet för mediet som används och signalens spektrala bredd.