Kohärenz (Physik)

Kohärenz (von lat. cohaerere = zusammenhängen) bezeichnet die Eigenschaft einer Welle, über einen größeren räumlichen und/oder zeitlichen Bereich hinweg eine definierte Phasenbeziehung aufzuweisen. Kohärenz ist Voraussetzung für alle Interferenzphänomene. Sie ist z.B. bei von Lasern erzeugtem Licht besonders ausgeprägt.

Perfekte Kohärenz, wie sie etwa durch eine ebene monochromatische Welle beschrieben wird, kommt in der Natur nicht vor und kann auch nicht künstlich erzeugt werden. Andererseits ist ein Wellenfeld auch nie völlig inkohärent. Der Zwischenzustand wird als Teilkohärenz bezeichnet, und seine Charakterisierung ist deutlich vielseitiger als diejenige der beiden Grenzfälle.

Die folgenden Beschreibungen beziehen sich auf die Kohärenz des Lichtes. Sie gelten aber analog auch für andere Wellen, z.B. Schallwellen.

Man unterscheidet zwischen räumlicher und zeitlicher Kohärenz.

Die zeitliche Kohärenz ist direkt verbunden mit der Frequenzbandbreite der Schwingung. An einem festen Punkt im Raum ändert sich die Phase von annähernd monochromatischem Licht, also Licht fast exakt einer Frequenz und damit einer Farbe, wie es von einem Laser erzeugt werden kann, über viele Schwingungsperioden hinweg wie eine gleichmäßige Schwingung. Nach einiger Zeit, der Kohärenzzeit, ändert sich die Phase gegenüber dieser gedachten Schwingung jedoch. Die Kohärenzzeit liegt bei thermisch erzeugtem weißen Licht etwa bei 3·10^-15 Sekunden, bei Niederdruck-Gasentladungslampen bei größenordnungsmäßig 10^-9 Sekunden und bei Laserlicht bei bis zu 0.1 Sekunden. Der Weg, den das Licht während der Kohärenzzeit zurücklegt, wird Kohärenzlänge genannt.

Die räumliche Kohärenz beschreibt die Phasenbeziehung zwischen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung getrennten Raumbereichen und hat mit der Kohärenzlänge nichts zu tun. Sie hängt nicht nur von der Beschaffenheit der Lichtquelle ab, sondern auch vom Abstand zur Lichtquelle: Je weiter von der Lichtquelle entfernt die räumliche Kohärenz gemessen wird, desto größer ist sie. Im Grenzfall einer unendlich weit entfernten Lichtquelle erscheint diese punktförmig und die Wellen eben und damit räumlich perfekt kohärent.

Siehe auch: Kohärente Strahlung