
【化】 partial coherence
ministry; office; part
【医】 board; department; loci; locus; pars; part; Partes; piece; portio
portiones; regio; region
【经】 ministry
【计】 split phase
do; work; able; dry; empty; for nothing; main part; trunk; offend; strike
【医】 caudex; scapus; shaft; stem; truncus; trunk
在光学与电磁波理论中,部分相干性(Partial Coherence)指两列波或信号在时间、空间上存在有限相关性,其相位差和振幅关系呈现统计性特征,而非完全相干或完全非相干状态。该概念由英国物理学家George Biddell Airy于19世纪首次提出,后经Max Born等人完善为现代波动光学的核心理论之一。
根据中国国家标准《GB/T 13962-2008 光学术语》定义,部分相干性需满足以下条件: $$ gamma_{12}(tau) = frac{langle E_1(t)E_2^*(t+tau) rangle}{sqrt{langle |E_1(t)| rangle langle |E2(t)| rangle}} $$ 其中$gamma{12}$为复相干度,$E$表示电磁场分量。当$|gamma{12}|=1$时为完全相干,$0<|gamma{12}|<1$即为部分相干状态。
该现象在激光通信、天文干涉测量和生物医学成像领域具有重要应用。例如,清华大学精密仪器系的研究表明,部分相干光束在通过散射介质时能保持更好的传输稳定性(参见《Advanced Photonics》2023年第5期)。美国光学学会Optica Publishing Group的数据库收录了超过2000篇相关研究论文,证明该理论的持续发展性。
部分相干性是波动光学中的一个重要概念,主要描述光场中不同空间点或时间点的光振动之间不完全相关的特性。以下从三方面进行详细解释:
部分相干性指光波在传播过程中,不同位置或时刻的振动相关性处于完全相干(如激光)与非相干(如白炽灯)之间的中间状态。这种现象最早由费尔德在1865年研究普通单色扩展光源时发现:光场中只有特定空间范围内的点具有相关性,例如杨氏双缝实验中通过扩展光源形成的干涉条纹对比度降低现象,即属于典型的空间部分相干性表现。
关联函数调控
通过调控光场的相干性参数(如关联结构函数),可生成具有特殊空间关联分布的部分相干光束。这类光束在湍流大气中传播时,其抗干扰能力显著优于完全相干光束。
数学量化表达
相干性可通过相干长度和相干时间量化:
在光通信、激光传输和天文观测中,部分相干光束的特殊性质(如抗湍流干扰、降低散斑噪声)被广泛应用。例如通过设计特殊关联结构,可使光束在复杂介质中保持更稳定的传输特性。
补充说明:完全相干需要同时满足频率相同、相位差恒定和振动方向一致三个条件,而部分相干性放宽了相位稳定性要求,更贴近实际物理光源的特性。
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