Coherence length

  이전 포스팅에서 coherence와 incoherence에 대한 설명에 이어서 coherence length에 대해서 설명해보겠습니다. Coherence length란 파동(wave)의 위상(phase)이 잘 정의된 길이를 말합니다. 아래 Fig 1에 나와있는 것처럼 wave가 sine파에 가까울수록 위상이 잘 정의되는 구간의 길이가 길어져 coherence length는 길어집니다. 그리고 incoherent wave라 하더라도 Fig 1 (b)에 나와있는 것처럼 coherence length가 존재할 수 있습니다.

Fig 1. (a) Sine파에 가까운 파동은 coherence length가 매우 길다. (b) Incoherent wave의 경우에도 coherence length가 존재한다.

 

  이제 coherence length에 따라 어떠한 현상이 발생되는지 살펴보도록 하겠습니다. 아래 Fig 2는 진공에서 매질 1과 매질 2에 파동이 입사(incidence)하는 모습을 나타낸 그림입니다. 진공과 매질 1 그리고 매질 2는 굴절률(refrective index)이 다르기 때문에 각 표면에서 반사가 일어납니다.  매질 1과 매질 2에서 반사된 파동은 관측기 쪽으로 서로 간섭을 일으키며 진행하여 관측기는 파동의 형태를 관찰할 수 있습니다.

Fig 2. (a) Coherence length 가 긴 입사파가 얇은 두께의 매질 1을 진행, (b) Coherence length가 긴 입사파가 두꺼운 두께의 매질 1을 진행.

  Coherence length가 매우 긴 입사파의 경우 매질 1의 두께가 두껍다고 하더라도 (입사파가 매질1에 입사하여 매질 2의 표면에서 반사하기까지 긴 거리를 이동해야 하더라도) Fig 2에 나타난 두 반사파는 입사파와 마찬가지로 coherence 성질을 매우 많이 가지고 있기 때문에 관측기에서 관찰된 파동은 간섭무늬가 잘 관측됩니다. 

Fig 3. (a) Coherence length 짧은 입사파가 얇은 두께의 매질 1을 진행, (b) Coherence length가 짧은 입사파가 두꺼운 두께의 매질 1을 진행.

 

  Coherence length가 짧은 경우는 매질 1의 두께 (매질 1을 진행하는 wave의 광경로 optical path에 영향을 줌)에 따라 관측기에서 간섭무늬가 관찰될 수도 있고 되지 않을 수 도 있습니다. Fig 3에서 위상이 잘 정의된 coherence length가 되는 부분을 빨간색 음영으로 처리해 두었습니다. Fig 3의 (a)의 경우 매질 1의 두께가 얇아 (매질 1에서의 광 경로가 짧아) 두 반사파의 위상이 잘 정의된 부분이 겹치기 때문에 간섭무늬가 관측됩니다. 그러나 Fig 3의 (b)의 경우 매질 1의 두께가 두꺼워 두 반사파의 위상이 잘 정의된 부분이 겹치는 부분이 없어 간섭무늬가 전혀 관측되지 않습니다.

 

끝.