Cohérence optique
La cohérence mesure le degré de corrélation entre les phases d'un champ lumineux à différents instants ou positions, déterminant si une interférence peut être observée.
Definition
La corrélation statistique du champ optique avec lui-même à différents points de l'espace ou du temps, caractérisée par des fonctions de corrélation dont l'amplitude détermine la visibilité des franges d'interférence.
Scope
Ce sujet couvre la description statistique de la lumière partiellement cohérente. Il distingue la cohérence temporelle, liée à la largeur de bande spectrale et quantifiée par le temps et la longueur de cohérence, de la cohérence spatiale, liée à la taille angulaire de la source et quantifiée par la surface de cohérence. Il introduit la fonction de cohérence mutuelle et le degré de cohérence complexe, le lien entre la visibilité des franges et le degré de cohérence, et le théorème de van Cittert-Zernike reliant la géométrie de la source à la cohérence spatiale. Il traite la cohérence comme la propriété qui contrôle l'observabilité et le contraste de l'interférence et de la diffraction.
Core questions
- Qu'est-ce qui distingue la cohérence temporelle de la cohérence spatiale ?
- Comment la largeur de bande spectrale et la taille de la source limitent-elles la cohérence ?
- Comment le degré de cohérence est-il lié à la visibilité des franges ?
- Comment la géométrie d'une source détermine-t-elle sa cohérence spatiale ?
Key concepts
- cohérence temporelle
- cohérence spatiale
- temps de cohérence
- longueur de cohérence
- surface de cohérence
- degré de cohérence
- visibilité des franges
- théorème de van Cittert-Zernike
Key theories
- Fonction de cohérence mutuelle et degré de cohérence
- La corrélation du champ en deux points de l'espace-temps définit la fonction de cohérence mutuelle ; son amplitude normalisée, le degré de cohérence complexe, est égale à la visibilité des franges d'interférence résultantes.
- Théorème de van Cittert-Zernike
- La cohérence spatiale de la lumière provenant d'une source incohérente étendue est donnée par la transformée de Fourier de la distribution d'intensité de la source, de sorte que des sources plus grandes ou plus éloignées produisent une plus grande surface de cohérence.
Clinical relevance
La courte longueur de cohérence des sources lumineuses à large bande est exploitée en interférométrie à faible cohérence et en tomographie par cohérence optique pour localiser les réflexions provenant de profondeurs tissulaires spécifiques, permettant une imagerie transversale à l'échelle micrométrique de l'œil et d'autres organes.
History
La théorie statistique moderne de la cohérence a été développée au milieu du XXe siècle, s'appuyant sur les travaux de van Cittert et Zernike sur la cohérence spatiale dans les années 1930. Wolf a formulé un cadre unifié de fonctions de corrélation qui est devenu la norme, étendu plus tard au domaine quantique avec Mandel.
Key figures
- Emil Wolf
- Frits Zernike
- Pieter van Cittert
Related topics
Seminal works
- bornwolf1999
- mandelwolf1995
Frequently asked questions
- Quelle est la différence entre la longueur de cohérence et le temps de cohérence ?
- Le temps de cohérence est l'intervalle pendant lequel la phase de l'onde reste prévisible, et la longueur de cohérence est la distance correspondante parcourue par la lumière pendant ce temps ; les deux diminuent à mesure que la largeur de bande spectrale de la source augmente.
- Pourquoi la lumière laser est-elle si cohérente ?
- Un laser émet une bande étroite de longueurs d'onde à partir d'un seul mode, ce qui lui confère une longue longueur de cohérence, et sa sortie se présente sous la forme d'un faisceau bien défini, ce qui lui confère une cohérence spatiale élevée, c'est pourquoi il produit des figures d'interférence nettes et à contraste élevé.