Koherenssimittaus

Koherenssimittaus on prosessi, jolla mitataan valon tai muun signaalin koherenssia. Koherenssi kuvaa sähkö- ja magneettikentän korrelaatiota eri ajanhetkillä ja paikoissa, ja se vaikuttaa signaalin interferenssiominaisuuksiin. Mittauksessa erotetaan ajallinen (aikakoherenssi) ja tilakoherenssi (avaruuskoherenssi). Koherenssia voidaan kuvata kompleksisella koherenssifunktiolla γ12(τ) tai γ(r1,r2,τ), jonka |γ| antaa korrelaation voimakkuuden. Ajallinen koherenssi liittyy signaalin spektriin: laajempi spektri lyhentää koherenssiaikaa τc, kun taas tilakoherenssi määräytyy lähteen koon ja etäisyyden mukaan.

Ajallinen koherenssi määrittää, kuinka kauan tai kuinka tarkasti sähkökentän vaihe on vakaana. Tyypillinen yhteys on τc noin 1/Δν, missä Δν on spektrin leveys, ja koherenssilenkki lc = cτc kuvaa koherenssin pituudellista ulottuvuutta. Tilakoherenssi kuvaa kahden pisteen sähkökenttien välistä korrelaatiota ja liittyy usein lähteen geometriaan, esimerkiksi van Cittert–Zernike -periaatteeseen, jonka mukaan kauemmas erilliset pisteet voivat osittain yhtäaikaisesti korreloitua.

Mittausmenetelmät katsovat koherenssia interferometrian avulla. Michelsonin interferometri mittaa ajallista koherenssia fringe-visibiliteetin avulla, jossa V=(Imax−Imin)/(Imax+Imin) ja V≈|γ12|. Tilakoherenssia voidaan tutkia Youngin kaksoisreiän kokeella. Toisen kertaluvun koherenssia tutkitaan Hanbury Brown–Twiss -tyyppisillä kokeilla, jotka mittaavat g2(τ). Spektrifunktioiden ja Fourier-transformtien avulla voidaan päätellä koherenssistä tietoa.

Koherenssimittauksia käytetään lasersäädöissä, optisessa koherenssitomografiassa, tähtitieteessä, telekommunikaatiossa sekä kvanttiekosysteemeissä, joissa koherenssi määrittää mittausten ja sovellusten suorituskyvyn.