光学におけるコヒーレンス長からスペックルサイズを理解する

コヒーレンス長からのスピークルサイズの理解

光学の世界に飛び込むと、私たちが出会う魅力的な現象の一つは、スペックルの形成です。これらのスペックルは、レーザーのようなコヒーレントな光が粗い表面で散乱するときに発生する粒状の干渉パターンです。これらのスペックルのサイズは、顕微鏡からホログラフィーまで、さまざまな用途で重要であり、コヒーレンス長として知られる概念と直接的に相関しています。

数式の内訳

点状サイズを計算するための公式は次の通りです：

speckleSize = (λ × 距離) / コヒーレンス長

各パラメーターに関する詳細な説明は次のとおりです:

• ラムダ (λ) これは使用される光の波長を表します。通常、メートル（m）またはナノメートル（nm）で測定されます。
• 距離 (D): これは観測点（または検出器）と散乱面との距離であり、メートル（m）で測定されます。
• コヒーレンス長 (Lc): 光源のコヒーレンス長は、メートル(m)で測定されます。通常、これは光のコヒーレント特性が維持される距離を定義します。
• 斑点サイズ: 点の結果サイズで、メートル (m) でも測定されます。

実生活の例

レーザーの波長 (λ) が 632.8 nm (つまり 632.8 x 10) を使用するとしましょう。^-9 メートル）で、1メートル離れた粗い表面上の斑点を観察します。レーザーのコヒーレンス長（Lc）は0.1メートルとします。これらの値を公式に代入すると、次のようになります:

speckleSize = (632.8 x 10-9 m * 1 m) / 0.1 m = 6.328 x 10-6 メートル

したがって、観察されたスポットのサイズは約6.328マイクロメートルです。

実用的な応用

スポットサイズの理解と制御は、次のような分野に重要な影響を与えることがあります：

• バイオメディカルイメージング 微細調整されたスポックルサイズは、レーザードップラーイメージングなどのイメージング技術における精度を向上させることができます。
• 光学計測 材料の表面粗さと変位の精密測定は、スぺックルパターンを操作することで改善できます。
• ホログラフィ ホログラフィック画像の正確な記録と再構成は、スポットサイズの相互作用に依存しています。

よくある質問

コヒーレンス長が短くなると、波の干渉や重ね合わせの性質が影響を受け、光や波の特性に変化が生じます。たとえば、短いコヒーレンス長の光源では、干渉パターンがぼやけたり消えたりすることがあります。また、短時間の光パルスが形成されることで、波の情報伝達に制約が生じたり、精密な測定や分析において制限がかかることもあります。

コヒーレンス長が減少すると、同じ距離と波長の場合にスポットサイズが大きくなり、より拡散したスポットパターンが生成されます。

この式は、すべての種類のコヒーレント光に適用できますか？

はい、その公式はレーザーやLEDを含むすべてのコヒーレント光源に当てはまりますが、高いコヒーレンスのため、通常はレーザーでより一般的に使用されます。

なぜ波長が重要なのですか？

光の波長は干渉パターンに影響を与え、スポットサイズを計算する上で重要な要素になります。

精度の重要性

要約すると、コヒーレンス長からスポックルサイズを計算することは、理論光学だけでなく、科学や産業の実用的な応用にとっても不可欠です。これらの計算における精度は、広範な分野に利益をもたらす光学システムの制御と向上をもたらします。