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レーザーコヒーレンス

1960
Laser coherence experiment setup with optical components in a laboratory.

(画像はイメージです)

コヒーレンスはレーザー光の重要な特性であり、空間的または時間的に異なる点における電磁場の相関関係を表します。時間的コヒーレンスは光の単色性(狭いスペクトル幅)に関係し、空間的コヒーレンスは光の指向性と狭いスポットへの集束能力に関係します。この高い秩序性が、レーザーを従来の光源と区別する特徴です。

The coherence of laser light arises directly from the process of stimulated emission. Since each stimulated photon is an exact replica of the incident photon in phase, frequency, and direction, a cascade of such events produces a large number of photons that are all in phase with one another. This phase relationship is maintained as the light oscillates within the optical resonator, which further filters and reinforces a single coherent mode.

時間的コヒーレンスは、異なる時点における波自身との位相相関の尺度です。これは、位相が予測可能な状態を保つ時間であるコヒーレンス時間τ_cによって定量化されます。これは、光のスペクトル帯域幅Δτに反比例します(τ_c ≈ 1/Δτ)。レーザーは帯域幅が非常に狭いため、コヒーレンス時間とコヒーレンス長(L_c = ctau_c)が長くなり、数メートルにも達することがあります。これにより、大きな光路差にわたって干渉効果が得られ、ホログラフィーや干渉法にとって非常に重要となります。

空間コヒーレンスとは、同じ瞬間における波面上の異なる点間の位相相関を表すものです。空間コヒーレンスの高いレーザービームは波面位相が均一であるため、発散を最小限に抑えながら長距離を伝搬でき(高い指向性)、回折限界に近いスポットに集光することが可能です。この特性は、レーザー切断、溶接、長距離通信などの用途において不可欠です。

UNESCO Nomenclature: 2210
光学

タイプ

物理的資産

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • トーマス・ヤングによる干渉を実証した二重スリット実験
  • マイケルソン干渉計
  • 古典的一貫性に関するファン チッタート – ゼルニケの定理
  • レーザー自体の開発

アプリケーション

  • ホログラフィー
  • 干渉法
  • 光ファイバー通信
  • ライダー
  • 原子のレーザー冷却
  • コヒーレント光トモグラフィー

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • coherent anti-stokes raman 分光法 (cars) for label-free microscopy
  • quantum ghost imaging using spatially incoherent but correlated photons
  • coherent lidar systems for high-precision wind speed measurement
  • phase-stable optical frequency combs for exoplanet detection
  • coherent beam combining for creating ultra-high power lasers
  • long-baseline stellar interferometry for imaging distant stars
  • coherent control of chemical reactions with shaped laser pulses
  • quantum key distribution systems relying on phase coherence
  • coherent ultrasound imaging for improved medical diagnostics
  • free-space optical communication networks between satellites
関連キーワード:コヒーレンス、レーザー、空間コヒーレンス、時間コヒーレンス、単色光、指向性、ホログラフィー、干渉法、位相、波面。

歴史的背景

レーザーコヒーレンス

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

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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