激光和台灯的区别之一是激光是空间相干的，也就是说光波的波峰和波谷是相互关联的。另一方面，从台灯的混乱来看，不相关的波通常被认为是不相干的。
然而，这有点用词不当。理论上，几乎所有的光，甚至“非相干”的光，都可以有很高的空间相干性。然而，这种相干性的检测需要检测非常小尺度的光，这不能通过使用传统技术获得。
现在，布朗大学工程学院教授Domenico Pacifici实验室的研究人员找到了一种检测数百纳米光束空间相干性的方法——比以往任何时候都要小得多。这项研究首次从实验上验证了纳米级光学相干理论。
“有一个非常小的长度尺度，通常被认为是非相干的光显示出相干性，但我们缺乏量化它的实验技术，”描述这项新研究的文章的第一作者德鲁莫里尔说。“这种水平的相干性包含了我们现在可以获得的有意义的信息，这可能有助于表征光源，并可能用于新的成像和显微镜技术。”
Moreel现在是科罗拉多大学的研究生。他是布朗大学的本科生。该研究论文由Pacifici和布朗博士后学者励东方合著，发表在《自然光子学》上。
测试光的空间相干程度的传统方法包括可以分离光束波前的装置。最著名的是杨氏干涉仪，也叫双缝实验。该实验包括一个瞄准探测器屏幕的光源，光源和探测器屏幕之间有一个不透明的屏障。屏障上有两个小缺口，允许两束光线通过。当两条光线从狭缝射出时，一些光波相互弯曲，导致它们重新组合。重新组合的同调波会产生干涉图样，在侦测器萤幕上呈现一连串的明暗条纹。通过测量这些亮暗斑块的对比度，研究人员可以量化光线的连续性。
问题是对于空间相干性非常低的光源，双缝实验并不能很好的工作，因为干涉图样的长度尺度非常小。小长度尺度上的干涉需要两个狭缝非常靠近地放置。但是当两个狭缝之间的距离接近其上显示的光的波长时，实验就会崩溃。干涉仪不再能正确地分离和重新组合光束来寻找干涉。
“干涉条纹模糊不清，很难量化一致性的程度，”Moreel说。“但如果你能解决双缝实验的基本限制，理论上你应该能看到那些条纹。”
为了解决这些限制，研究人员采用了一种不同类型的干涉仪，这种干涉仪利用了等离子体，即光和金属中的电子之间的相互作用。等离子体干涉仪在由银制成的表面中具有狭缝和凹槽，而不是两个狭缝。当光照射到凹槽上时，会产生表面等离子体激元(SPP)，这是一种在银表面移动的电子密度波。SPP向狭缝传播，在那里它与穿过狭缝的光重新结合。因为SPP与原始光束相关但波长较小，并且因为它以90度角向狭缝衍射，所以等离子体干涉仪中的凹槽和狭缝可以放置得比两个狭缝更近。杨氏干涉仪。
研究人员已经在微芯片上积累了数百个微纳米干涉仪。这些干涉仪是以纳米精度设计和制造的。他们用这种芯片来测量宽带氙灯的相干长度，从而达到可见光谱中的数百个波长。对于蓝绿光，测量的相干长度下降到330纳米，小于光源的500纳米入射波长。
这一结果首次从实验上证实了光波长以下的相干理论。
“这真是一个令人兴奋的结果，”Moreel说。“没有实验验证，我们真的不知道这些方程是否适用于这些小尺度，但事实证明它们是适用的。”
在潜在应用方面，等离子芯片可以帮助显微镜、全息摄影和其他应用的光源制造商更好地表征他们的光源。干涉仪集成在单个芯片上使得光源的表征快速而简单。
“你可以用密集的等离子体干涉仪拍摄光强，在一张快照中记录空间相干度，这只需要几秒钟，”负责制造该仪器的李说。
“我们正在为科学家提供一种新的工具，以长度尺度量化光的相干程度，这在以前是不可能的，”Pacifici说。
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