コヒーレント光

コヒーレント光：位相の揃った光

コヒーレント光とは、光束を構成する光の波の位相が、時間的に一定で揃っている光のことです。具体的に説明すると、光束内の任意の2点をとっても、その2点における光波の位相差が常に一定に保たれている状態を指します。この性質は、光束を分割し、経路の長さを変えてから再び重ね合わせても、明確な干渉現象を観測できることを意味します。もし、光波の位相がランダムに変化する光であれば、重ね合わせても干渉はほとんど見られません。

理想的には、全ての光波の位相が完全に揃った光をコヒーレント光と定義できますが、実際にはそのような光は存在しません。しかし、レーザーから発生する光は、極めて高いコヒーレンス（位相の揃っている度合い）を持つため、コヒーレント光として扱われます。レーザー光のコヒーレンスは、その種類やレーザー装置の設計によって異なりますが、一般的に、他の光源に比べて非常に高いコヒーレンスを実現できるため、様々な精密な光学実験や技術に利用されます。

干渉効果と光強度

コヒーレント光を複数重ね合わせると、干渉効果によって、それぞれの光の強度を単純に足し合わせた結果とは異なる光強度が観測されます。これは、光波の位相が揃っているため、波同士が干渉し合うことで、光の強度は増強されたり、打ち消し合ったりする現象が起こるためです。

例えば、位相が完全に揃った2つのコヒーレント光を重ね合わせると、光の強度は4倍になります。一方、位相が完全に逆の2つのコヒーレント光を重ね合わせると、光の強度は0になります。この干渉効果は、コヒーレント光を用いた様々な応用技術の基礎となっています。例えば、ホログラフィーや干渉計では、この干渉効果を利用して、物体の形状や光の波面を精密に測定します。

コヒーレンスとの関係

コヒーレント光と密接に関連する概念として「コヒーレンス」があります。コヒーレンスは、光の波の位相が時間的・空間的にどれだけ揃っているかを示す尺度です。コヒーレント光は、高いコヒーレンスを持つ光と言えるでしょう。コヒーレンスの大きさは、光のスペクトル幅や光源の大きさ、光路長などに依存します。コヒーレンスが大きいほど、光はコヒーレントな性質を示し、干渉効果がより顕著に現れます。

コヒーレント光の応用

コヒーレント光、特にレーザー光は、現代科学技術において非常に重要な役割を果たしています。その高い指向性、単色性、コヒーレンスといった特性から、次のような様々な分野で利用されています。

レーザー計測: 高精度な距離測定や形状測定
光通信: 大量の情報を高速で伝送
医療: レーシック手術や光治療
工業: 材料加工や精密測定
* 科学研究: 物質の性質解明や基礎研究

コヒーレント光の性質を理解することは、これらの技術の発展に不可欠です。今後ますます、コヒーレント光を用いた新しい技術や応用が期待されています。

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