相干長度

在物理學中，相干長度是相干波保持指定相干度的傳播距離。 當所有干擾波所采用的路徑相差小于相干長度時，波干擾就很強。 具有較長相干長度的波更接近完美的正弦波。 相干長度在全息和電信工程中很重要。

本文重點研究經典電磁場的相干性。 在量子力學中，波函數的量子相干長度有一個數學上類似的概念。

在無線電波段系統中，相干長度近似為

L = c n Δ f ≈ λ 2 n Δ λ ,

其中 c? 是真空中的光速，n是介質的折射率，Δ f? 是光源的帶寬或 λ 是信號波長，Δ λ 是信號中波長范圍的寬度。

在光通信中，假設光源具有高斯發射光譜，相干長度 L 由下式給出

L = C λ 2 n Δ λ ,

其中 λ 是光源的中心波長，n? 是介質的折射率，Δ λ? 是光源的 (FWHM) 光譜寬度。 如果光源具有 FWHM 譜寬 Δ λ 的高斯譜，則路徑偏移為 ± L? 會將邊緣可見度降低到 50%。

常數 C 大約是 1/2。 一些作者將其表示為 2 ln ? 2 π ≈ 0.4413? ，而其他人 給它作為 2 ln ? 2 π ≈ 0.6643。

相干長度通常應用于光學領域。

上面的表達式是一個經常使用的近似值。 然而，由于光源光譜寬度定義的含糊不清，建議采用以下相干長度定義：

相干長度可以使用邁克爾遜干涉儀測量，是自干涉激光束的光程差，對應于 1 e ≈ 37 % 條紋可見度，其中條紋可見度定義為

V = I max ? I min I max + I min

其中 I 是條紋強度。

在長距離傳輸系統中，相干長度可能會因色散、散射和衍射等傳播因素而減小。

多模氦氖激光器的典型相干長度為 20 厘米，而單模激光器的相干長度可超過 100 米。 半導體激光器可達 100 米左右，但小型、廉價的半導體激光器長度更短，一個光源聲稱有 20 厘米。 線寬為幾 kHz 的單模光纖激光器的相干長度可以超過 100 公里。

由于每個齒的線寬較窄，光學頻率梳可以達到類似的相干長度。 非零能見度僅存在于腔長度距離達到此長相干長度后重復的短脈沖間隔。

其中引用了非制冷低壓鈉燈中每條鈉 D 線的線寬約為 0.052 埃，對應于每條線的相干長度約為 67 毫米 通過它自己。 將低壓鈉排放物冷卻至液氮溫度會使單獨的 D 線相干長度增加 6 倍。需要非常窄帶的干涉濾波器來隔離單獨的 D 線。