
【化】 partial coherence
ministry; office; part
【醫】 board; department; loci; locus; pars; part; Partes; piece; portio
portiones; regio; region
【經】 ministry
【計】 split phase
do; work; able; dry; empty; for nothing; main part; trunk; offend; strike
【醫】 caudex; scapus; shaft; stem; truncus; trunk
在光學與電磁波理論中,部分相幹性(Partial Coherence)指兩列波或信號在時間、空間上存在有限相關性,其相位差和振幅關系呈現統計性特征,而非完全相幹或完全非相幹狀态。該概念由英國物理學家George Biddell Airy于19世紀首次提出,後經Max Born等人完善為現代波動光學的核心理論之一。
根據中國國家标準《GB/T 13962-2008 光學術語》定義,部分相幹性需滿足以下條件: $$ gamma_{12}(tau) = frac{langle E_1(t)E_2^*(t+tau) rangle}{sqrt{langle |E_1(t)| rangle langle |E2(t)| rangle}} $$ 其中$gamma{12}$為複相幹度,$E$表示電磁場分量。當$|gamma{12}|=1$時為完全相幹,$0<|gamma{12}|<1$即為部分相幹狀态。
該現象在激光通信、天文幹涉測量和生物醫學成像領域具有重要應用。例如,清華大學精密儀器系的研究表明,部分相幹光束在通過散射介質時能保持更好的傳輸穩定性(參見《Advanced Photonics》2023年第5期)。美國光學學會Optica Publishing Group的數據庫收錄了超過2000篇相關研究論文,證明該理論的持續發展性。
部分相幹性是波動光學中的一個重要概念,主要描述光場中不同空間點或時間點的光振動之間不完全相關的特性。以下從三方面進行詳細解釋:
部分相幹性指光波在傳播過程中,不同位置或時刻的振動相關性處于完全相幹(如激光)與非相幹(如白熾燈)之間的中間狀态。這種現象最早由費爾德在1865年研究普通單色擴展光源時發現:光場中隻有特定空間範圍内的點具有相關性,例如楊氏雙縫實驗中通過擴展光源形成的幹涉條紋對比度降低現象,即屬于典型的空間部分相幹性表現。
關聯函數調控
通過調控光場的相幹性參數(如關聯結構函數),可生成具有特殊空間關聯分布的部分相幹光束。這類光束在湍流大氣中傳播時,其抗幹擾能力顯著優于完全相幹光束。
數學量化表達
相幹性可通過相幹長度和相幹時間量化:
在光通信、激光傳輸和天文觀測中,部分相幹光束的特殊性質(如抗湍流幹擾、降低散斑噪聲)被廣泛應用。例如通過設計特殊關聯結構,可使光束在複雜介質中保持更穩定的傳輸特性。
補充說明:完全相幹需要同時滿足頻率相同、相位差恒定和振動方向一緻三個條件,而部分相幹性放寬了相位穩定性要求,更貼近實際物理光源的特性。
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