Coherentie (natuurkunde)

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Het begrip coherentie wordt in de natuurkunde gebruikt om de mate van mogelijke interferentie van golven aan te duiden. Het begrip coherentie werd geïntroduceerd bij het tweespletenexperiment van Thomas Young. Twee golven zijn coherent als zij in staat zijn tot een statisch patroon van destructieve of constructieve interferentie (een zichtbaar interferentiepatroon). De mate van coherentie kan worden bepaald aan de hand van het interferentiecontrast.

Afhankelijk van het faseverschil dat in een punt optreedt (bijvoorbeeld door verschillende optische weglengte van de bron) versterken de golven elkaar (constructieve interferentie) of dempen ze elkaar juist (destructieve interferentie). Als in een punt de interferentie altijd destructief of juist altijd constructief is geldt dit ook voor de intensiteit in dat punt. Het interferentiepatroon kan dan zichtbaar worden gemaakt door het plaatsen van een scherm. Hiervoor zijn coherente golven nodig.

Indien de golven die worden gebruikt niet coherent zijn, zal de resulterende interferentie in een punt soms destructief en dan weer constructief zijn. Dit heeft geen zichtbaar resultaat op de intensiteit in dat punt. De interferentie is in dit geval niet zichtbaar.

Toepassingen[bewerken]

In de natuurkunde en aanverwante disciplines waarin golfvormige bewegingen een rol spelen, zoals de akoestiek, de elektrotechniek, de neurowetenschap[bron?] en de kwantummechanica, wordt gebruikgemaakt van de coherentie-eigenschappen van deze golfbewegingen. Concrete toepassingen zijn in dit verband bijvoorbeeld de holografie, het ringlasergyrokompas en technieken als optische coherentietomografie en telescopische interferometrie (zoals apertuursynthese bij radiotelescopen).

Coherentie/correlatie[bewerken]

De coherentie van twee golven wordt gedefinieerd als hun mate van correlatie, gekwantificeerd met behulp van de kruiscorrelatie-functie. Met deze functie wordt berekend in hoeverre de waarde van de tweede golf kan worden voorspeld op basis van de waarde van de eerste. Als twee golven altijd op dezelfde manier veranderen zijn ze volledig coherent. Hierbij hoeft het niet per se te gaan om twee verschillende entiteiten; als het gaat om dezelfde golf op een ander tijdstip of een andere plaats is sprake van zelfcoherentie en wordt de correlatie berekend met behulp van autocorrelatie-functies.

Golftoestanden[bewerken]

Golftoestanden hebben als kenmerk dat hun gedrag door middel van golfvergelijkingen beschreven kan worden. Voorbeelden van golftoestanden zijn:

Bij de meeste van deze toepassingen kan de golf rechtstreeks worden gemeten en dus ook de correlatie met andere golven rechtstreeks worden berekend. In de optica is het meten van een elektrisch veld veel moeilijker, omdat het oscilleren hier sneller gaat dan detectoren kunnen waarnemen. Om de coherentie te bepalen wordt daarom in dit geval de intensiteit van het licht gemeten. Deze methode vormt de basis voor veel andere toepassingen waarin de golven wel direct kunnen worden opgemeten, zoals bij temporele, ruimtelijke en spectrale coherentie.

Zie ook[bewerken]