La coerenza ondulatoria misura quanto una o più onde mantengono una relazione di fase stabile. È la condizione che permette di osservare figure di interferenza stazionarie, come le frange dell’esperimento di Young.
Se la fase relativa cambia casualmente durante il tempo di osservazione, massimi e minimi si mediano e la figura di interferenza perde contrasto.
Coerenza temporale
La coerenza temporale riguarda la stabilità della fase nel tempo. È legata alla larghezza spettrale della sorgente:
dove \tau_c è il tempo di coerenza e \Delta\nu la larghezza di banda in frequenza.
La lunghezza di coerenza è:
Per luce in aria o vuoto si usa spesso:
Una figura di interferenza resta visibile se la differenza di cammino ottico è minore o confrontabile con L_c.
Coerenza spaziale
La coerenza spaziale riguarda la correlazione di fase tra punti diversi del fronte d’onda. Una sorgente estesa è meno coerente spazialmente di una sorgente puntiforme, perché punti diversi della sorgente producono frange leggermente sfasate.
| Tipo di coerenza | Domanda fisica | Effetto sperimentale |
|---|---|---|
| temporale | per quanto tempo resta prevedibile la fase? | limita la differenza di cammino ammessa |
| spaziale | su quale distanza trasversale il fronte resta correlato? | controlla la visibilità delle frange |
Esempio nella doppia fenditura
Nell’esperimento di Young le due fenditure devono comportarsi come sorgenti coerenti. Per questo si usa spesso una singola sorgente che illumina entrambe le fenditure: la divisione del fronte d’onda garantisce una relazione di fase stabile.
Se le fenditure fossero illuminate da due sorgenti indipendenti non coerenti, le frange non resterebbero ferme.
Errori comuni
- Pensare che basti avere due onde per osservare interferenza stabile: serve coerenza sufficiente.
- Confondere coerenza temporale e monocromaticità: sono collegate, ma non identiche.
- Dimenticare il ruolo della dimensione della sorgente nella coerenza spaziale.
- Valutare solo la lunghezza d’onda e ignorare la larghezza spettrale.
Vedi anche: Interferenza, Esperimento di Young, Diffrazione, Onde e ottica.