コヒーレント光とは

コヒーレント光とは、空間領域と時間領域の両方で同期を示す電磁放射のことである。この同期は、波が同じ方向に輝き、同じレベルで揺れ、同じ位相を持っていることを特徴とする。その結果、コヒーレント光は特定の波長を持つ単一色の光となる。コヒーレント光の重要な特徴は、周波数、偏光、位相などの記述パラメータ間の関係を、特定の空間的・時間的コンテクスト内で固定的に維持できることである。この同期化により、波が互いに補強し合い、より焦点の合った強力な光出力が得られる。

コヒーレント光は、半導体ゲインを媒質とする誘導放出プロセスによって生成されるレーザー技術と一般的に関連している。また、光通信システム、ホログラフィ、干渉計、集積フォトニクスなど、光の伝搬の正確なタイミング、同期、制御を必要とする様々な用途にも利用されている。

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よくある質問

コヒーレント光とインコヒーレント光の違いとは？

コヒーレント光の特徴は、周波数と波長が単一であることだ。一方、インコヒーレント光は様々な光の周波数を示し、その周波数はランダムに変化する。

LEDライトはコヒーレントか？

レーザーとは異なり、LEDライトはスペクトル的にコヒーレントな光や単色性の高い光を発しない。しかし、そのスペクトルは人間の目で純粋な（飽和した）色として認識できるほど狭い。

コヒーレント光の利点とは

コヒーレント光の利点は、複数の信号を1つにまとめる多重化を実現できることだ。この機能により、より高いデータ・レートと長距離伝送が可能になる。さらに、コヒーレント光は多重化できるチャンネル数を柔軟に調整できる。

光にコヒーレント性を持たせるには

光の大部分を捨てることで、インコヒーレントな光源からコヒーレントな光を生成することができる。これは、最初にインコヒーレント光源からの光をフィルタリングして空間的コヒーレンスを向上させ、次にスペクトル的にフィルタリングして時間的コヒーレンスを向上させることで達成される。

コヒーレントでない光

互いに独立した2つの光源がコヒーレントであることはありえない。これは、光は個々の原子が基底状態に戻るときに放出されるという事実に起因する。最も小さな光源でさえ、何十億もの原子から構成されているため、それらが同じ位相で光波を発することは不可能なのだ。

白色光はコヒーレントかインコヒーレントか

最後に、幅広い周波数を持つ白色光は、振幅も位相も急激に変動する波である。コヒーレンス時間が約10周期と短いため、一般にインコヒーレントと呼ばれる。

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