ビーム プロファイルの微分領域間の一定の強い位相関係は、空間コヒーレンスと呼ばれます。概念の最もよく実証された例は、断面領域に焦点を合わせたレーザービームです。このシナリオでは、電気ビームはさまざまな場所でさまざまな方法で作用します。空間コヒーレンスの概念は、レーザー ビームの生成における基本原理と要件です。光の高い空間コヒーレンスを実現するために、共振器モードが採用されています。
空間的コヒーレンスと別の関連用語 (時間的コヒーレンス) の主な違いは、空間的コヒーレンスが空間のさまざまな点に関する変化を定義するのに対し、時間的コヒーレンスは時間に関する変化を定義することです。
空間コヒーレンスの概要
特に波について言えば、波形や周波数が似ている波をコヒーレントと呼びます。コヒーレンスは、分子が一定の干渉を示すことを可能にする特性です。また、単一の波または異なる波のパケットによって示される物理的性質間のすべての関係についても説明します。
空間コヒーレンスの意味
空間コヒーレンスの概念は、主に、空間内の異なるポイントで異なる波の間に確立された関係に焦点を当て、推測します。安定した一定の相対位相を示す場合、任意の 2 つの波はコヒーレントであると言われます。与えられた波に対して、干渉ビジビリティによって空間コヒーレンス量を特定できます。空間コヒーレンスに関する 2 つの波の関係は、横方向または縦方向のいずれかです。
たとえば、タングステンでできた電球のフィラメントを考えてみましょう。異なるポイントで、フィラメントは異なる光を発し、互いに関係を示しません。このとき、出射光は回折を開始し、時間の経過とともに大きく変化します。白色光の場合、空間コヒーレンスはインコヒーレントと呼ばれます (1 種類の光のみが放出されるため)。ラジオ アンテナ アレイの場合、両端のアンテナが固定位相関係を放射するため、空間コヒーレンスは非常に大きくなります。
時間の一貫性
時間的コヒーレンスも 2 つの波の間の関係を表しますが、異なる時点にある波の間のこの関係を表します。これは、波とその時間の間の相関の尺度として定義できます。
ここでの時間は「τ」で表されます。ヤングの干渉実験とマイケルソン・モーリーの実験の両方が、時間的一貫性を支持する証拠を提供しています。これらの実験は、一貫性の証拠をサポートすることが実証されました。
マイケルソン モーリー実験
実験では、マイケルソン干渉計でフリンジを取得しました。最初のステップでは、実験には 1 つのミラーの除去が含まれていました。そのため、ビームが移動するのに必要な時間が徐々に長くなります。このため、フリンジがくすんで見え始め、ある時点で最終的にこの特性が減少します。これは空間コヒーレンスとして知られています。
ヤングの実験
二重スリット実験とも呼ばれ、ここでの基本原理は 2 つのスリット間の距離を大きくすることです。ここでも、距離が長くなりフリンジが消えるとコヒーレンスが現れ始めます。
両方の実験から、距離を長くするとフリンジが消え始めることが観察されました。したがって、空間的コヒーレンスの概念が定義され、結論付けられました。
空間コヒーレンスの応用
空間コヒーレンスの主な用途のいくつかを以下に示します:
- ホログラフィー:ホログラフィーはアートで広く使用されています。これらは、光波動場のコヒーレントな重ね合わせの概念に基づいています。
- 非光波動場:光波動場の重ね合わせと同様に、非光波動場のコヒーレントな重ね合わせも量子力学で大いに活用されています。
- モーダル解析:最近の進歩では、コヒーレント信号を使用して信号伝達品質を検出します。信号対雑音比が低いことは、コヒーレンスが低いことで示されます。これは、周波数分解能が不十分であることを意味します。
これらは、空間コヒーレンスの一般的なアプリケーションの一部です。これらとは別に、最近の技術にはこのコンセプトの多くのアプリケーションがあります。
相関と一貫性
私たちが知っているように、コヒーレンスは、2 つの波がどのように関連しているかを定義します。相関または相互相関は、所与の第 1 波に基づいて所与の第 2 波の位相を推測する能力を定義します。
たとえば、毎回完全に相関している 2 つの波を考えてみましょう (これは、単色光を使用することで実現できます)。与えられた波のどの点でも、位相差は一定になります。それらが組み合わされると、完全な建設的な波の干渉が生成されます。この状況での相関の測定は、自己コヒーレンスまたは自己相関関数と呼ばれることもあります。
結論
空間コヒーレンスの概念は、空間内の 2 つの波の間に確立された関係を決定するのに役立ちます。ヤングの二重スリット実験は、レーザーのビームが焦点を合わせられたフリンジの検出に関する実験によって、この概念を証明することができました。最終的には、時間が経つとフリンジが減少することが分析されました。今日の世界では、空間コヒーレンスは、ホログラフィー、モーダル解析、レーザー システムでさまざまなアプリケーションを確立しています。
