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Was bedeutet Kohärenz bei Wellen?

Was bedeutet es, wenn eine Welle räumlich oder zeitlich kohärent ist und was hat die Phasendifferenz damit zu tun?
Antwort #1

Kohärenz - bedeutet so viel wie „Interferenzfähigkeit“. Das heißt, der Interferenzterm zweier überlagerter Wellen mittelt sich während des Beobachtungszeitraumes nicht heraus; Interferenzeffekte sind zu sehen. Dies ist genau dann der Fall, wenn die Phasendifferenz \( \Delta \phi \) der beiden Wellen gar nicht (100% Kohärenz) oder zumindest um weniger als \( 2\pi \) schwankt (partielle Kohärenz). Verändert sich die Phasendifferenz um mehr als \( 2\pi \), so mittelt sich der Interferenzterm heraus und man spricht von inkohärenten Wellen.

Wellen, deren Phasendifferenz \( \Delta \phi ~=~ \phi_2 ~-~ \phi_1 \) zeitlich konstant ist, heißen zeitlich kohärent. Ein Beispiel dafür ist monochromatisches Licht; also Licht gleicher Wellenlänge.

Wellen, deren Phasendifferenz zur Ausbreitungsrichtung fest (also räumlich konstant) ist, heißen räumlich kohärent. Ebene Wellen (paralleles Licht) beispielsweise, weisen räumliche Kohärenz auf.

Kohärenzzeit: \( \Delta t_C \) ist die Zeit, die es dauert, bis die Phasendifferenz \( \Delta \phi \) zweier sich überlagernder Wellen auf \( 2\pi \) angewachsen ist. Gemittelt beobachtest Du nach genau dieser Zeit keine Interferenz mehr.

Kohärenzlänge: \( \Delta l_C \) ist die Strecke, die die Wellen während der Kohärenzzeit zurücklegen. Im Falle der Lichtwellen: \( \Delta l_C ~=~ c \, \Delta t_C \)

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