Difracción de ondas
Interferencias luminosas
Las condiciones necesarias para que se produzcan interferencias en las ondas electromagnéticas son las mismas que las explicadas para las ondas mecánicas (ver t48):
- Las ondas que interfieren han de tener la misma frecuencia.
- Los haces de luz deben ser casi paralelos.
En el caso de la luz es casi imposible que haces procedentes de distintas fuentes tengan una misma frecuencia (salvo en la luz láser). Por tanto, para provocar interferencias se utiliza una misma fuente que emite un solo haz. Mediante un dispositivo específico, dicho haz se descompone en varios, que se hacen confluir finalmente en un mismo punto con una cierta diferencia de fase.
Para ello se utilizan dos procedimientos alternativos:
- Se obliga a que los dos haces en que se descompone el primer haz recorran caminos de diferente longitud.
- Se usan superficies reflectantes, ya que la onda reflejada presenta un desfase de 180º con respecto a la incidente, si el segundo medio es más denso que el primero.
Método de Young
El fenómeno de las interferencias luminosas fue estudiado por el físico inglés Thomas Young (1773-1829), quien ideo un procedimiento que sirvió además para determinar la naturaleza ondulatoria de la luz.
Suponiendo que la onda electromagnética inicial es armónica, con frecuencia angular w, y que los caminos recorridos por los haces que confluyen en un punto de la pantalla son, respectivamente, r1 y r2 , el estado de excitación global de una componente cualquiera del campo eléctrico o magnético en dicho punto se expresaría como:
Las interferencias luminosas se aprecian como una sucesión de franjas brillantes y oscuras horizontales, a las siguientes alturas medidas desde la línea de referencia:
Esquema del experimento de Young. Los haces que emergen de las dos rendijas de la figura proceden de un mismo foco primario, por lo que son coherentes y pueden producir interferencias en la pantalla de proyección.
Interferencias en láminas delgadas
Los fenómenos de interferencia luminosa se producen de forma espontánea, no inducida, en ciertos sistemas naturales. Algunos ejemplos corrientes son las irisaciones de las pompas de jabón o las manchas de grasa extendidas sobre una superficie humedecida.
Las irisaciones son franjas que se forman por la interferencia de los haces luminosos que se reflejan en las dos superficies de separación (aire-aceite y agua-aceite) de la mancha.
Suponiendo que la luz incide sobre el sistema en direccion casi vertical, y asignando los valores genéricos e al espesor de la mancha y lm a la longitud de onda en su interior, se obtiene que:
Difracción por una rendija
Por el fenómeno de difracción, la luz y las restantes ondas electromagnéticas pueden sortear obstáculos, doblar esquinas o "colarse" por una rendija. Los principios de la difracción electromagnética coinciden con los explicados para las ondas mecánicas (ver t47).
Si en el camino de la luz se interpone una superficie opaca con una rendija, se aprecia que en dicha pantalla aparecen franjas brillantes y oscuras, como en los fenómenos de interferencia descritos por Young. Ello se justifica considerando que la rendija se comporta como una sucesión de numerosas rendijas muy finas que producen este tipo de interferencias.
La distribución de las franjas oscuras en la pantalla se determina mediante la formula:
donde l es la longitud de onda, a la anchura de la rendija y n un numero entero.
La intensidad luminosa de las rendijas es máxima en la zona central de la pantalla y disminuye drásticamente lejos de esta zona. Cuando la longitud de onda coincida con la anchura de la rendija, no existirán franjas oscuras y la rendija actuará como una fuente luminosa.
Imagen de la difracción de la luz a través de una rendija, explicada según el principio de los focos secundarios.
Haces coherentes
Se llama coherencia al fenómeno por el cual dos haces de radiación de una misma frecuencia mantienen una relación fija entre sus fases, con lo que la diferencia de fase entre ambas ondas es constante. Esta característica es propia del láser, un término que procede de las iniciales de la expresión inglesa Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplificación luminosa por emisión de radiación estimulada).
Redes de difracción
Las redes de difracción son elementos de un dispositivo óptico que permiten separar un haz de luz o radiación electromagnética en general en las distintas líneas de su espectro. Se basan en el fenómeno de la difracción para dispersar las distintas longitudes de onda (en la luz, colores) de la onda incidente y obtener líneas separadas espacialmente que componen su distribución espectral. Las redes de difracción, de múltiples aplicaciones científicas e industriales, se distinguen por su elevado poder de resolución espacial.
La sombra nítida
Según los principios de la óptica geométrica, si no existiera difracción, los bordes de las sombras de los objetos serían perfectamente nítidos, por cuanto deberían manifestar la ausencia total de luz en sus puntos. Sin embargo, en la mayoría de las situaciones de la vida cotidiana se aprecia algo de luz en la zona correspondiente a las sombras de los objetos. Esta circunstancia se explica por la capacidad de la luz para bordear los contornos de los obstáculos que se interponen en su trayectoria e inundar, aun parcialmente, la región que debería corresponder a una ausencia absoluta de iluminación.
Thomas Young
El físico inglés Thomas Young (1773-1829) destacó sobre todo por sus estudios sobre la luz. Sus experimentos impulsaron decisivamente la hipótesis ondulatoria sobre la naturaleza de la luz y permitieron, al mismo tiempo, producir interferencias luminosas basándose en esta hipótesis.
