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Laser Coherence

1960
Versuchsaufbau zur Erzeugung von Laserkohärenz mit optischen Komponenten im Labor.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Kohärenz ist eine Schlüsseleigenschaft von Laserlicht und beschreibt die Korrelation des elektromagnetischen Feldes an verschiedenen Punkten im Raum oder in der Zeit. Die zeitliche Kohärenz hängt mit der Monochromasie des Lichts (geringer spektraler Breite) zusammen, während die räumliche Kohärenz seine Richtwirkung und die Möglichkeit der Fokussierung auf einen kleinen Punkt beschreibt. Dieser hohe Grad an Ordnung unterscheidet Laser von herkömmlichen Lichtquellen.

Die Kohärenz des Laserlichts entsteht direkt durch stimulierte Emission. Da jedes stimulierte Photon eine exakte Kopie des einfallenden Photons in Phase, Frequenz und Richtung ist, erzeugt eine Kaskade solcher Ereignisse eine große Anzahl von Photonen, die alle in Phase zueinander sind. Diese Phasenbeziehung bleibt erhalten, während das Licht im optischen Resonator oszilliert, wodurch ein einzelner kohärenter Modus zusätzlich gefiltert und verstärkt wird.

Die zeitliche Kohärenz ist ein Maß für die Phasenkorrelation einer Welle mit sich selbst zu verschiedenen Zeitpunkten. Sie wird durch die Kohärenzzeit τc quantifiziert, die Zeitspanne, in der die Phase vorhersagbar bleibt. Diese ist umgekehrt proportional zur spektralen Bandbreite Δ des Lichts (τc ≈ 1/Δ). Laser besitzen sehr schmale Bandbreiten, was zu langen Kohärenzzeiten und Kohärenzlängen (Lc = cτc) führt, die mehrere Meter betragen können. Dies ermöglicht Interferenzerscheinungen über große Wegunterschiede hinweg, die für Holographie und Interferometrie von entscheidender Bedeutung sind.

Die räumliche Kohärenz beschreibt die Phasenkorrelation zwischen verschiedenen Punkten entlang der Wellenfront im selben Augenblick. Ein Laserstrahl mit hoher räumlicher Kohärenz weist eine gleichmäßige Wellenfrontphase auf, wodurch er große Entfernungen mit minimaler Divergenz (hohe Richtwirkung) zurücklegen und auf einen beugungsbegrenzten Punkt fokussiert werden kann. Diese Eigenschaft ist essenziell für Anwendungen wie Laserschneiden, Schweißen und Fernkommunikation.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Optik

Typ

Physikalische Eigenschaft

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Thomas Youngs Doppelspaltexperiment zur Demonstration der Interferenz
  • Michelson-Interferometer
  • Van-Cittert-Zernike-Theorem für klassische Kohärenz
  • Entwicklung des Lasers selbst

Anwendungen

  • holography
  • Interferometrie
  • Glasfaserkommunikation
  • Lidar
  • Laserkühlung von Atomen
  • kohärente optische Tomographie

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

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Verwandt mit: Kohärenz, Laser, räumliche Kohärenz, zeitliche Kohärenz, monochromatisch, Richtungsabhängigkeit, Holographie, Interferometrie, Phase, Wellenfront.

Historischer Kontext

Laser Coherence

1960
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1960
1960
1960-05-16
1962
1963
1960
1960
1960
1960
1960
1961
1962
1963

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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