物理学では、コヒーレンス長とは何ですか？

光とその特性を扱う物理学の分野である光学では、コヒーレンス長（CL）は、光ビームまたはその他の電磁現象が特定の時間的コヒーレンスの度合いを維持しながら移動できる最大距離です。 時間的コヒーレンスとは、伝播する波の正弦形状と、その位相のどこで波が特定の瞬間になるかを予測する能力を指します。 光がコヒーレントであれば、それ自体と同相のままです。 その結果、一部のテキストはコヒーレンス時間についても言及しています。これは、コヒーレンス長を光の速度で割ったものです。

コヒーレンス長は、使用される光の純度とパワー、特定の波長、潜在的な分散と回折の存在など、多くの要因の影響を受けます。 「コヒーレンス長」という用語は主に光学で使用されますが、光学の概念の多くは、電波、音波、圧縮波などの波の伝播を含むあらゆる状況に一般化されています。 また、特定の条件下では電子も波と見なされる可能性があるため、超伝導の議論に使用されます。

コヒーレンス長の重要な用途の1つは、ホログラフィ、3次元画像の記録と再現です。 ホログラフィーは、参照ビームと物体ビームの2つのレーザービーム間の相互作用をキャプチャすることで機能します。 使用されるレーザーのコヒーレンス長は、ビーム間で許容される最大経路差であるため、記録できるホログラムの深さの制限として機能します。 一般的な5ミリワットのヘリウムネオンレーザーの場合、このCLは約6〜8インチ（15.2〜20.3 cm）に制限されます。

コヒーレンス長の別の用途は、電気通信、つまり電磁信号を介したメッセージの伝送です。 ここで、CLは、何らかの方法で中継されることなくメッセージを送信できる最大距離です。 電波の場合、その媒体を通る光の速度を信号の帯域幅で割ることにより、長さを概算できます。 干渉、分散、回折により、この範囲が狭くなる可能性があります。 光通信の場合、CLは光源の中心波長の2乗に直接比例し、使用される媒体の屈折率と信号のスペクトル幅に反比例します。