相干长度

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定义:衡量时间相干性的量,是表征相干性显著的衰减的传播距离

相干长度用来量化时间相干度,是表征相干度显著减小的传播距离(即传播时间)。它等于相干时间乘以真空中的光速

对于洛伦兹型光谱,相干长度可有下面的公式计算:

Gzxgcd01.png

其中Δν 是(半高全宽)线宽(光带宽)。然而,当光谱形状具有更复杂的情况时,上述方程就不适用了,例如,频率梳

图1:干涉仪示意图

经常采用相干长度而不是相干时间是因为实验中的光时间延迟通常由光程差来决定。例如,图1中的干涉仪中,只有当激光的相干长度至少大于两臂的光程差时才会得到干涉图样。另外,在全系记录装置中,需要两束光存在光程差,激光光源的相干长度需要比最大的光程差还大。其它很多的应用中还需要一定的相干长度,参阅词条相干

一些激光器的相干长度很长,尤其是单频固体激光器,例如线宽为10 kHz的洛伦兹谱相干长度为9.5 km。而对于单片半导体激光器,即使工作在单频模式,相干长度也比上述长度小几个数量级。相干长度受限于相位噪声,它来自于增益介质自发辐射。当激光功率很高时,量子噪声的影响很微弱(相干时间长),单圈谐振腔损失很小,往返时间比较长。



非线性光学中的相干长度

非线性光学中也会用到相干长度概念:例如,在二次谐波产生中,相干长度代表基波与谐波之间相位关系消失需要的长度(更准确的说,是指在该长度上积累的相位差为 π)。这与普通的相干的概念不同,因为在大于该长度的距离内仍然保持固定的相位关系,尽管相对相位也存在系统演化。

参阅:相干相干时间线宽斑点