결맞음 길이

물리학에서 결맞음 길이(coherence length)는 결맞는 파동(예: 전자기파)이 지정된 결맞음 정도를 유지하는 전파 거리이다. 모든 간섭하는 파동이 이동하는 경로가 결맞음 길이보다 짧을 때 파동 간섭이 강하게 일어난다. 결맞음 길이가 긴 파동은 완벽한 사인파에 더 가깝다. 결맞음 길이는 홀로그래피와 통신공학에서 중요하다.

이 문서는 고전적인 전자기장의 결맞음에 초점을 맞춘다. 양자역학에는 파동 함수의 양자 결맞음 길이와 수학적으로 유사한 개념이 있다.

공식

무선 대역 시스템에서 결맞음 길이는 다음과 같이 근사화된다.

여기서 는 진공에서의 빛의 속도, 은 매질의 굴절률, 는 소스의 대역폭 또는 는 신호 파장이고 는 신호의 파장 범위 너비이다.

광학 정보 전송 및 광결맞음단층영상 (OCT)에서 소스가 가우시안 방출 스펙트럼을 가진다고 가정하면 왕복 결맞음 길이 은 다음과 같다.

여기서 는 소스의 중심 파장이고, 는 매질의 군 굴절률이며, 는 소스의 (FWHM) 스펙트럼 폭이다. 소스가 FWHM 스펙트럼 폭 를 가진 가우시안 스펙트럼을 가질 때, 의 경로 오프셋은 프린지 가시도를 50%로 감소시킨다. 이것은 왕복 결맞음 길이임을 주목하는 것이 중요하다. 이 정의는 빛이 측정된 변위를 두 번 통과하는 (예: 마이컬슨 간섭계에서와 같이) OCT와 같은 응용 분야에 적용된다. 마흐-젠더 간섭계와 같은 투과 응용 분야에서는 빛이 변위를 한 번만 통과하며, 결맞음 길이는 효과적으로 두 배가 된다.

결맞음 길이는 마이컬슨 간섭계를 사용하여 측정할 수도 있으며, 의 프린지 가시도에 해당하는 자체 간섭하는 레이저 빔의 광경로 길이 차이이다. 여기서 프린지 가시도는 다음과 같이 정의된다.

여기서 는 프린지 강도이다.

장거리 전송 시스템에서는 분산, 산란, 회절과 같은 전파 요인에 의해 결맞음 길이가 감소할 수 있다.

레이저

다중 모드 헬륨-네온 레이저는 일반적으로 수 센티미터 정도의 결맞음 길이를 가지는 반면, 종방향 단일 모드 레이저의 결맞음 길이는 1km를 초과할 수 있다. 반도체 레이저는 약 100m에 도달할 수 있지만, 작고 저렴한 반도체 레이저는 더 짧은 길이를 가지며, 한 출처는 최대 20cm를 주장하지만, 다중 모드 다이오드는 훨씬 더 짧은 결맞음 길이를 가질 것이다. 몇 kHz의 선폭을 가진 단일 모드 파이버 레이저는 100km를 초과하는 결맞음 길이를 가질 수 있다. 각 빗살의 좁은 선폭으로 인해 광학 주파수 빗으로 유사한 결맞음 길이에 도달할 수 있다. 비영 가시도는 이 긴 결맞음 길이까지 캐비티 길이 거리 후에 반복되는 짧은 펄스 간격에만 존재한다.

다른 광원
톨란스키의 《간섭 측정 입문》에는 소스에 대한 장이 있는데, 여기에는 냉각되지 않은 저압 나트륨 램프에서 각 나트륨 D선에 대해 약 0.052 옹스트롬의 선폭이 인용되어 있으며, 이는 각 선 자체에 대해 약 67mm의 결맞음 길이에 해당한다. 저압 나트륨 방전을 액체 질소 온도까지 냉각하면 개별 D선 결맞음 길이가 6배 증가한다. 개별 D선을 분리하려면 매우 좁은 대역 간섭 필터가 필요할 것이다.

 같이 보기 

 가간섭성 시간
 초전도 결맞음 길이
 공간 결맞음

 각주 



분류:전자기파
분류:파동
분류:물리광학