Coherencia Óptica
La coherencia mide el grado de correlación entre las fases de un campo de luz en diferentes momentos o posiciones, determinando si se puede observar interferencia.
Definition
La correlación estadística del campo óptico consigo mismo en diferentes puntos del espacio o del tiempo, caracterizada por funciones de correlación cuya magnitud establece la visibilidad de las franjas de interferencia.
Scope
Este tema abarca la descripción estadística de la luz parcialmente coherente. Distingue la coherencia temporal, relacionada con el ancho de banda espectral y cuantificada por el tiempo y la longitud de coherencia, de la coherencia espacial, relacionada con el tamaño angular de la fuente y cuantificada por el área de coherencia. Introduce la función de coherencia mutua y el grado complejo de coherencia, el vínculo entre la visibilidad de las franjas y el grado de coherencia, y el teorema de van Cittert-Zernike que conecta la geometría de la fuente con la coherencia espacial. Trata la coherencia como la propiedad que controla la observabilidad y el contraste de la interferencia y la difracción.
Core questions
- ¿Qué distingue la coherencia temporal de la espacial?
- ¿Cómo limitan el ancho de banda espectral y el tamaño de la fuente la coherencia?
- ¿Cómo se relaciona el grado de coherencia con la visibilidad de las franjas?
- ¿Cómo determina la geometría de una fuente su coherencia espacial?
Key concepts
- coherencia temporal
- coherencia espacial
- tiempo de coherencia
- longitud de coherencia
- área de coherencia
- grado de coherencia
- visibilidad de las franjas
- teorema de van Cittert-Zernike
Key theories
- Función de coherencia mutua y grado de coherencia
- La correlación del campo en dos puntos espacio-temporales define la función de coherencia mutua; su magnitud normalizada, el grado complejo de coherencia, es igual a la visibilidad de las franjas de interferencia resultantes.
- Teorema de Van Cittert-Zernike
- La coherencia espacial de la luz de una fuente incoherente extendida viene dada por la transformada de Fourier de la distribución de intensidad de la fuente, por lo que las fuentes más grandes o más distantes producen una mayor área de coherencia.
Clinical relevance
La corta longitud de coherencia de las fuentes de luz de banda ancha se explota en la interferometría de baja coherencia y la tomografía de coherencia óptica para localizar reflexiones de profundidades específicas de los tejidos, lo que permite la obtención de imágenes transversales a escala micrométrica del ojo y otros órganos.
History
La teoría estadística moderna de la coherencia se desarrolló a mediados del siglo XX, basándose en el trabajo de van Cittert y Zernike sobre la coherencia espacial en la década de 1930. Wolf formuló un marco unificado de funciones de correlación que se convirtió en estándar, posteriormente extendido al dominio cuántico con Mandel.
Key figures
- Emil Wolf
- Frits Zernike
- Pieter van Cittert
Related topics
Seminal works
- bornwolf1999
- mandelwolf1995
Frequently asked questions
- ¿Cuál es la diferencia entre la longitud de coherencia y el tiempo de coherencia?
- El tiempo de coherencia es el intervalo durante el cual la fase de la onda permanece predecible, y la longitud de coherencia es la distancia correspondiente que la luz recorre en ese tiempo; ambos se reducen a medida que aumenta el ancho de banda espectral de la fuente.
- ¿Por qué la luz láser es tan coherente?
- Un láser emite una banda estrecha de longitudes de onda desde un solo modo, lo que le confiere una larga longitud de coherencia, y su salida emerge como un haz bien definido, lo que le confiere una alta coherencia espacial, razón por la cual produce patrones de interferencia nítidos y de alto contraste.