コヒーレンス長計算機は、光源のコヒーレンス長を決定するために使用する特殊なツールです。コヒーレンス長は、予測可能な位相関係を維持しながら波がどれだけ遠くまで伝搬できるかの尺度です。これは、光学、レーザー技術、光ファイバー通信、分光法などの分野で重要な役割を果たします。コヒーレンス長を正確に計算することで、研究者やエンジニアは光学システムを設計および分析し、効率と信頼性を最大限に高めることができます。この計算機は、 光学測定ツールのカテゴリさまざまな媒体における波の挙動を理解し、最適化するのに役立ちます。
コヒーレンス長の計算式
コヒーレンス長は次の式を使用して計算されます。
どこ：
- Lc コヒーレンス長です。
- c 真空中の光の速度（約3×10⁸m/s）です。
- Δf 光源の帯域幅（Hz）です。
変数の詳細な式:
帯域幅（Δf）：
直接指定されていない場合は、光源の周波数拡散から帯域幅を計算できます。
Δf = f_high – f_low
どこ：
- f_高 周波数の上限です。
- 流れ 周波数の下限です。
媒体中の光の速度:
波が真空以外の媒体を伝わる場合は、光の速度を次のように調整します。
c_medium = c / n
どこ：
- c 真空中の光の速度です。
- n 媒体の屈折率です。
これらの式により、波の周波数範囲と伝播媒体の変動に対応して、コヒーレンス長を正確に決定できます。
コヒーレンス長シナリオの事前計算表
以下は、一般的なシナリオのコヒーレンス長をまとめた表であり、ユーザーが手動で計算する手間を省くのに役立ちます。
| 帯域幅 (Δf) | M | 屈折率(n) | コヒーレンス長 (Lc) |
|---|---|---|---|
| 1 GHz | 1.0 | 300 m | |
| 10 GHz | 1.0 | 30 m | |
| 1 GHz | ガラス（n = 1.5） | 1.5 | 200 m |
| 100 GHz | 水 (n = 1.33) | 1.33 | 2.26 m |
| 1テラヘルツ | 1.0 | 0.3 m |
この表は、実際の光学システム設計におけるクイックリファレンスとして特に役立ちます。
コヒーレンス長計算機の例
レーザー光源のコヒーレンス長を計算してみましょう。
- 光源の周波数拡散は 10 GHz (Δf = 10 × 10⁹ Hz) です。
- 光は屈折率1.5のガラスを通過します。
ステップ1: ガラス内の光の速度を調整する
c_medium = c / n
c_medium = 3 × 10⁸ / 1.5 = 2 × 10⁸ m/s
ステップ2: コヒーレンス長を計算する
Lc = c_medium / Δf
Lc = 2 × 10⁸ / 10 × 10⁹ = 0.02メートルまたは2センチメートル
したがって、コヒーレンス長は 2 センチメートルとなり、このレーザーを含む光学システムを設計する上で重要な値となります。
最も一般的な FAQ
適切なコヒーレンス長はアプリケーションによって異なります。たとえば、干渉法では長いコヒーレンス長が望ましいですが、広帯域分光法などのアプリケーションでは短い長さで十分な場合があります。
帯域幅とコヒーレンス長は反比例します。帯域幅が広いほどコヒーレンス長は短くなり、帯域幅が狭いほどコヒーレンス長は長くなります。
はい、帯域幅と伝播媒体がわかっている限り、コヒーレンス長計算機は LED や広帯域光源を含むあらゆる光源に適用されます。