相干長度

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，那么光源的時間相干性越好。

基本介紹

• 中文名：相干長度
• 外文名：Coherence Length
• 類別：光學專有名詞
• 套用學科：物理學
• 套用領域：全息攝影與通信工程領域
• 定義：相干波保持相干度進行傳播的距離

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。量子力學中波函式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。

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

其中 c 表示真空中的光速，n 表示介質的折射率，表示波源的頻寬。

在光學通信（optical communications）中，假設波源的發射光譜是一個高斯分布，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。若波源光譜的半峰全寬為 ，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）雷射的光程差。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。

雷射

多模（multimode）氦氖雷射的相干長度一般為20厘米，而單模（singlemode）的相干長度可超過100米。一些半導體雷射的相干長度可達幾百米，但小型的簡易半導體雷射的相干長度較短（某二極體雷射器的相干長度為20厘米）。譜線寬度為幾千赫茲的單模纖維雷射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。

相關術語

• 相干時間
• 超導相干長度
• 空間相干性