Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik [2004]

4 Kohärente Optik 77
Abb. 4.2. Messung der zeitlichen Kohärenz mit einem Michelson-Interferometer.
Die beiden dargestellten Interferenzmuster zeigen den Fall perfekter und geringer
Kohärenz
Filterung des weißen Lichts lässt sich die spektrale Breite des Lichts (auf
Kosten der Gesamtintensität) deutlich einengen, wobei sich Kohärenzlängen
von ca. 100 λ (∼ 50 µm) verhältnismäßig leicht erreichen lassen. Gute Spektrallampen
(z.B. Quecksilberdampflampen) können durchaus Licht mit einer
Spektralbreite von ∼ 1 GHz liefern, wodurch sich bereits Kohärenzlängen im
cm-Bereich ergeben.
Kontinuierlich emittierende Laser erreichen typischerweise spektrale BreiteninderGrößenordnung
von 1 MHz, sofern sie auf nur einem longitudinalen
Mode des Laserresonators betrieben werden ( ” single-mode laser“). Die
entsprechenden Kohärenzlängen liegen bei einigen 10 m oder mehr. Auf der
Längenskala eines typischen Experiments, z.B. eines Holographieaufbaus, ist
das Licht damit vollständig kohärent. Es sei bemerkt, dass man durch Anwendung
ausgefeilter Techniken bereits Laserlicht mit einer spektralen Breite
deutlich unterhalb von 1 Hz realisieren konnte. Die Weglängendifferenz in
einem Michelson-Interferometer könnte in diesem Fall bis zu 100 000 km betragen,
ohne dass die Interferenz verschwindet.
4.1.3 Räumliche Kohärenz
Zur Beschreibung der räumlichen Kohärenz wird das Lichtfeld E(r,t)zu
einem festen Zeitpunkt t an zwei verschiedenen Orten r1 und r2 betrachtet,
die gleich weit von der Lichtquelle entfernt sind. Eine ideal punktförmige
Lichtquelle weist – völlig unabhängig von ihren zeitlichen Kohärenzeigenschaften
– eine perfekte räumliche Kohärenz auf, denn das Licht (eine Elementarwelle
in Huygenschen Sinne) erreicht die beiden Orte r1 und r2 immer
mit genau der gleichen Phase. Für eine Lichtquelle mit einer endlichen Aus-