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相干长度

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國慶閱兵时踏正步前進的隊伍,在理想情况下,每個成員都應該同時抬腿,也同時落腳。但是當隊伍过長時,若每个士兵只根据自己前方的同伴调整步伐,位于队伍后端的士兵的抬腿和落腳時間就会开始和最前领头的士兵产生细微的差异。由此可以定义,阅兵队伍的“相干长度”为:保证头尾所有士兵动作完全同步一致的队伍长度上限。如果隊伍內大家同時抬腿同時落腳的這段距離(範圍)越長,則相干長度越長。

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

公式 编辑

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 表示介质折射率  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   可由下式给出[1]

 

其中   表示波源的中心波长  表示介质的折射率,  表示波源的谱宽英语spectral width。若波源光谱的半峰全宽 ,则 ±  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   的自相干(self-interfering)激光的光程差[2]。干涉可见度(或条纹可见度,“fringe visibility”)被定义为

 

其中   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,例如色散散射衍射

激光 编辑

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[3])。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。

参见 编辑

  • 相干时间英语Coherence time
  • 超导相干长度英语Superconducting coherence length
  • 空间相干性

参考文献 编辑

  1. ^ Akcay, C., Parrein.
  2. ^ Ackermann, Gerhard K. Holography: A Practical Approach. Wiley-VCH. 2007. ISBN 3-527-40663-8. 
  3. ^ Sam's Laser FAQ - Diode Lasers. www.repairfaq.org. [2017-02-06]. (原始内容于2021-04-28). 

相干长度, 在物理学中, 表示的是相干波, 例如电磁波, 保持一定的相干度, 英语, degree, 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时, 可明显观测到干涉现象, 越长的波, 越接近完美的正弦波, 若把相干波想象成一列在國慶閱兵时踏正步前進的隊伍, 在理想情况下, 每個成員都應該同時抬腿, 也同時落腳, 但是當隊伍过長時, 若每个士兵只根据自己前方的同伴调整步伐, 位于队伍后端的士兵的抬腿和落腳時間就会开始和最前领头的士兵产生细微的差异, . 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國慶閱兵时踏正步前進的隊伍 在理想情况下 每個成員都應該同時抬腿 也同時落腳 但是當隊伍过長時 若每个士兵只根据自己前方的同伴调整步伐 位于队伍后端的士兵的抬腿和落腳時間就会开始和最前领头的士兵产生细微的差异 由此可以定义 阅兵队伍的 相干长度 为 保证头尾所有士兵动作完全同步一致的队伍长度上限 如果隊伍內大家同時抬腿同時落腳的這段距離 範圍 越長 則相干長度越長 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 目录 1 公式 2 激光 3 参见 4 参考文献公式 编辑在无线电频段 radio band 系统中 相干长度可用下式粗略计算 L c n D f displaystyle L c over n Delta f nbsp 其中 c 表示真空中的光速 n 表示介质的折射率 D f displaystyle Delta f nbsp 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 nbsp 可由下式给出 1 L 2 ln 2 p n l 2 D l displaystyle L sqrt 2 ln 2 over pi n lambda 2 over Delta lambda nbsp 其中 l displaystyle lambda nbsp 表示波源的中心波长 n displaystyle n nbsp 表示介质的折射率 D l displaystyle Delta lambda nbsp 表示波源的谱宽 英语 spectral width 若波源光谱的半峰全宽为 D l displaystyle Delta lambda nbsp 则 L displaystyle L nbsp 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 nbsp 的自相干 self interfering 激光的光程差 2 干涉可见度 或条纹可见度 fringe visibility 被定义为 V I max I min I max I min displaystyle V I max I min over I max I min nbsp 其中 I displaystyle I nbsp 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 激光 编辑多模 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 3 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 参见 编辑相干时间 英语 Coherence time 超导相干长度 英语 Superconducting coherence length 空间相干性参考文献 编辑 Akcay C Parrein Ackermann Gerhard K Holography A Practical Approach Wiley VCH 2007 ISBN 3 527 40663 8 Sam s Laser FAQ Diode Lasers www repairfaq org 2017 02 06 原始内容存档于2021 04 28 nbsp 本条目引用的公有领域材料来自联邦总务署的文档 Federal Standard 1037C MIL STD 188 英语 MIL STD 188 提供支持 取自 https zh wikipedia org w index php title 相干长度 amp oldid 74953793, 维基百科,wiki,书籍,书籍,图书馆,

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