Wat is coherentie in de natuurkunde?

In de optica, de tak van de fysica die zich bezighoudt met licht en de eigenschappen ervan, is coherentielengte (CL) de maximale afstand die een lichtstraal of ander elektromagnetisch fenomeen kan afleggen met behoud van een bepaalde mate van tijdelijke coherentie. Tijdelijke coherentie verwijst naar de sinusvorm van een zich voortplantende golf en het vermogen om te voorspellen waar in zijn fase een golf een specifiek moment in de tijd zal zijn. Als het licht coherent is, blijft het in fase met zichzelf. Als gevolg hiervan verwijzen sommige teksten ook naar coherentietijd, wat de coherentielengte is gedeeld door de snelheid van het licht.

Coherentielengte wordt beïnvloed door vele factoren: de zuiverheid en kracht van het gebruikte licht, de specifieke golflengte, de aanwezigheid van potentiële dispersie en diffractie. Hoewel de term "coherentielengte" in de eerste plaats wordt gebruikt in optica, zijn veel van de concepten uit optica veralgemeend naar elke situatie met betrekking tot de voortplanting van golven, zoals radiogolven, geluidsgolven en compressiegolven. Het wordt ook gebruikt in discussies over supergeleiding, mogelijk omdat elektronen onder bepaalde omstandigheden ook als golven kunnen worden gezien.

Een belangrijke toepassing van coherentielengte is holografie, het opnemen en recreëren van driedimensionale afbeeldingen. Holografie werkt door de interactie tussen twee laserstralen vast te leggen - een referentiestraal en een objectstraal. De coherentielengte van de gebruikte laser is het maximale padverschil dat kan worden toegestaan ​​tussen de stralen, dus het dient als een limiet voor de diepte van het hologram dat kan worden opgenomen. Voor een gewone helium neon laser van vijf milliwatt is deze CL beperkt tot ongeveer 6-8 inch (15,2-20,3 cm).

Een andere toepassing van coherentielengte is in telecommunicatie, de overdracht van berichten via een elektromagnetisch signaal. Hier is de CL de maximale afstand die een bericht kan worden verzonden zonder op de een of andere manier te worden doorgestuurd. Voor radiogolven kan de lengte worden geschat door de snelheid van het licht door dat medium te delen door de bandbreedte van het signaal. Interferentie, dispersie en diffractie kunnen dit bereik verminderen. Voor optische communicatie is de CL direct evenredig met het kwadraat van de centrale golflengte van de bron en omgekeerd evenredig met de brekingsindex van het gebruikte medium en de spectrale breedte van het signaal.