主题：中国科学界的幸运和中国激光的不幸

关于相干合束问题

第一、几何、波动、量子光学，它们共同遵守这样一个原则; 几何光学证明存在的光学现象，波动和量子光学一定是以不同的解释方法来证明这一存在，对于这样一个同样的光学事件也许波动比几何有更多的解释结果，量子比波动更多。但是波动和量子光学不可能推翻几何光学的出的结果。比如几何光学中的拉格朗日不变量；波动光学同样不违背这个原理，同时几何光学没有提出这个不变量的极限值，而波动光学能够给出这个不变量的极限，即衍射极限。这个衍射极限就是量子光学中的单光子的测不准量（我猜的，我不懂量子光学）。

第二、相干不能合束只能会聚；使用同样光学系统，多束相干光和单束光分别会聚在同一点的结果是：光束束散角一样，多束非相干光的功率密度不如单束光，这多束光如果相干实际情况是，功率密度也不如单束会聚光强。解释如下:

A．几何光学

假设有两束几何学的光束，具有相同的直径D1=D2=D，相同的束散半角A1=A2=A。根据拉格朗日不变量，这样两束几何光学光束永远不会成一束光，设计不出这样的光学系统。只能在空间某个位置会聚成一个点。如果会聚点的光斑直径为D0，束散全角为2*A0，这样就有：

2*D0*Tan（A0）〉2*（D1*Tan(A1)+D2*Tan（A2））

B．波动光学

假设有两束光的波长一样，频率相同，传输矢量K1，K2方向一样（中心方向），束散量一样δθ，它们的光斑直径是一样的（比如单模高斯光束），但是位置量（X1，Y1，Z1）和（X2，Y2，Z2）不一样，它们是不可能合并成一，{（ω0+δω），（K。+δθ），（X1，Y1，Z1），Ф0}和{（ω0+δω），（K。+δθ），（X2，Y2，Z2），Ф0}这样的波动方程。
     它们可以通过几何变换并列成一束光，也可以在空间会聚成一个光斑，当会聚成一个光斑的时候有：

假设有7束直径相同，束散相等，波长一样的光束，并排成一个圆，通过一个光束系统会聚到空间一个点。我们使用同一个光学系统，使用一束这样的光束，把这单一的一束光会聚到同样的点上。有这样一个结果：

在7束光不相干的时候，一束光的功率密度大于7束光会聚的功率密度，束散角相同，这就解释了为什么在激光加工中使用单束3000瓦激光，不使用7个1000瓦激光的原因。

既是这7束光是相干的，脉冲峰值功率是7*7=49单束光，但是实际上这种相干会聚的峰值功率也不比单束光会聚的功率密度高。

结论

希望使用相干合束，第一做不到合束，充其量是并束会聚到一点，由于两个因素的影响第一拉格朗日不变量，第二会聚光束的分量影响，相干会聚不可能使峰值功率密度，比单束光会聚点高，相干合束只是神话！