コヒーレンス
核磁気共鳴では、スピン系の状態をあらわす密度行列のゼロではない非対角成分をコヒーレンスという。ある条件をみたすコヒーレンスだけがNMRでは観測される。コヒーレンスの位相がそろっているとき、コヒーレンスが保たれているという。
コヒーレンスは1個の個体を取り出したのでは何ら意味をなさない概念である。コヒーレンスは横緩和を考える上で重要となる。ベクトルモデルにおけるコヒーレンスとは、横磁化の存在そのものである。
コヒーレンスは共鳴によって作りだされ、緩和によって消失する。コヒーレンスの位相が厳密に制御されている場合には、失われたように見える横磁化は、時間をさかのぼれば回復させることが可能である。コヒーレンスの消失の中で、可逆的なものと非可逆的なものを区別するのがスピンエコーの発想である。 スピン系のコヒーレンスは、パルスRF磁場のもつコヒーレンスによって作られる。位相のそろった電磁波はコヒーレンスを持つ。RF磁場によってゼーマン準位の間に遷移が起これば、RF磁場のコヒーレンスがスピンに移り、遷移に対応するゼーマン準位に分布するスピンの間にコヒーレンスがもたらされる。⊿m=0のゼーマン準位のペアに生じたコヒーレンスをゼロ量子コヒーレンスという。⊿m=±1の場合は1量子コヒーレンス、⊿m=±2あるいはそれ以上の隔たりのある場合は多量子コヒーレンスという。多量子コヒーレンスは2個以上のスピンからなる系ではじめて重要になり、密度演算子での取り扱いが必要となる。
干渉とは、複数の波を重ね合わせるとき、波が打ち消し合ったり強め合ったりすることをいう。干渉を明瞭に観測するには重ね合わせる波同士の位相・振幅に、一定の関係があることが必要である。周波数の等しい2つの波を重ね合わせたとき、それらの振幅および位相に一定の関係があれば、合成された波は一定の強度を持つことになる。例えば、2つの波の振幅が等しく、位相が180°ずれていた場合、重ね合わせの結果波は消える。振幅と位相がともに等しければ2倍の振幅を持つ波が合成される。この場合、相互の位相をずらしながら2つの波を重ね合わせることによって干渉縞を得ることが出来る。ところが、2つの波の振幅と位相がランダムに変動する場合、合成される波の強度もランダムに変動し、干渉縞は得られない。2つの波の振幅・位相に一定の関係があり、干渉縞を作ることが出来る場合、それらの波は相互にコヒーレントであると形容する。
コヒーレント光は干渉性が高く、互いに容易に干渉して干渉縞が現れる。