Partial Coherence (부분 가간섭도)

* Coherence 정의와 종류

coherence는 우리나라 말로 결맞음(일관성)이라고 부르며, 두 파동이 간섭할 가능성을 말합니다. 간섭이 되면 두 개의 파동이 합쳐져 더 큰 진폭의 파동(보강간섭)이 되거나, 서로 상쇄되어 파동이 없어질 수 있습니다.(상쇄간섭) coherence가 없으면 파동은 서로 간섭하지 않습니다. 빛에는 시간적 결맞음과 공간적 결맞음, 부분적 결맞음의 종류가 있습니다. coherent ligth으로는 laser가 있고, incoherent light으로는 자연광(햇빛)이 있습니다.

시간적 결맞음과 공간적 결맞음.

1) Temperal Coherence : 시간적 결맞음(일관성)은 시간의 흐름에 따라 wave length가 얼마나 균일하게 유지되는지를 나타냅니다. 즉, 시간에 따라 주파수가 얼마나 일정한지를 보여줍니다. 하기 그림처럼 Finite coherence wave는 파장이 시간에 따라 달라지게 됩니다.

pin hole 과 filter로 시간적, 공간적 결맞음을 만들수 있다.

2) Spatial Coherence : 공간적 결맞음은 파동의 시작점으로 부터 파면까지의 공간적 거리가 일정한 경우에 결맞음, 일관성이 존재한다고 할 수 있습니다. 즉, 공간축에서 wave front(파면)이 얼마나 일정한가를 나타냅니다.

single slit으로 공간적 결맞음이 만들어짐.

Double Slit에서 공간적 결맞음이 발생한다.

공간적 결맞음을 만들기 위해 광원 앞에 single slit을 두어 동일한 파원에서 동일한 파면을 만들도록 해줍니다.


3) Partial Coherence : 부분 가간섭도라고 불리는 partial coherent한 빛은 넓게 퍼져 진행하므로 빛끼리 서로 간섭하지 않습니다. 그래서 coherence한 beam보다 imaging quality는 안좋습니다. 그러나, resolution한계에 있는 패턴을 만들기 위해서는 partial coherence의 도움이 매우 큽니다. partial coherence한 beam은 간섭하지 않는 빛끼리 넓게 퍼져있기 때문에 넓은 부분이 lens안에 들어오게 되면서 imaging이 됩니다. 그에 반해 coherence beam은 +1차광과 -1차광이 모두 lens를 벗어나기 때문에 pattern이 형성되지 않습니다. laser는 매우 coherence가 좋아서 넓게 퍼지지 않습니다.

Partial Coherence(incoherence)는 작은 패턴을 imaging하는데 도움을 준다. 출처 : 직접 작성

전체 lens 크기와 pupil의 크기의 비율을 sigma라고 하며 partial coherence라고 부릅니다. sigma가 작으면 coherence하고, sigma가 크면 incoherence 합니다. sigma의 크기는 전체 lens 크기에 제한되기 때문에 1을 넘을 수 없습니다.