¿Por qué vemos un arcoíris de colores reflejados en un CD o DVD?

Question

Entonces, todos sabemos que si iluminamos un CD (disco compacto) o DVD, podemos ver todos los colores desde el rojo hasta el violeta.

Lo que me preocupa es cuál es la razón de por qué vemos los colores en el disco compacto.

Sé que el CD tiene pequeños hoyos/bultos (del orden de los micrómetros). Así que cuando ilumino un CD, veo diferentes colores y estos cambian cuando muevo el disco, lo cual es debido a que cambio el ángulo $\theta$ entre mis ojos y el disco; esto cumple con la condición de difracción:

$dsin\theta = m\lambda$

Entonces, mi principal preocupación es si los colores están ahí porque la luz viaja diferentes distancias cuando llega a la superficie del CD debido a los bultos/hoyos?

¿Puedo interpretar los colores de difracción en un CD de la misma manera que los colores en películas delgadas? Porque aunque una parte del CD es una superficie bastante reflectante, la otra es casi completamente transparente. ¿Es esto como la combinación de reflexión y difracción? Quiero decir, ¿la reflexión está allí debido a la superficie reflectante, e incluso debido a cierto grosor de aluminio veo colores (lo cual es como en películas delgadas)?

¿Y ahora vienen los bultos/hoyos en el CD? ¿Debido a ellos también veo colores o?

Answer 1

Los hoyos están en pistas circulares paralelas con una distancia de 1.6 micrómetros. Estos actúan como una rejilla de difracción. Normalmente esto es una rejilla de reflexión, pero se puede hacer una rejilla de transmisión al quitar la capa de metal (más fácil en discos grabables).

Aquí hay una imagen que hice en transmisión con un disco de cubierta sin capa de grabación. La luz de la calle de mercurio se puede ver en el medio.

Answer 2

A menudo pensamos que la luz se propaga en línea recta y que el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia, pero eso es solo una propiedad estadística de la luz en masa. Un fotón individual puede ir en cualquier dirección después de una perturbación (al menos no podemos predecirlo), pero las trayectorias cuyas longitudes son mucho más largas que la trayectoria en línea recta se cancelarán porque la fase en el detector (ojo) se ve afectada por la longitud de la trayectoria. Cuando las distancias aparentes entre obstáculos coinciden con la longitud de onda (color) de la luz, ese color se refuerza (no se cancela, porque los fotones que se cancelan pasaron por los espacios entre los obstáculos). Para cualquier mancha de color que veas, hay varias trayectorias cuyas longitudes difieren solo por un múltiplo de la longitud de onda. Otros colores no aparecen ahí porque sus longitudes de onda no son divisores exactos de las longitudes de trayectorias múltiples, por lo que pueden cancelarse. La reflexión y la difracción se refieren simplemente a los dos lados de los obstáculos: la luz reflejada rebota en los obstáculos y la luz difractada pasa por los espacios.

En un CD, la distancia importante es la que hay entre las 'pistas de datos', no el grosor del disco ni el espaciado entre los 'bits' (un CD-R en blanco ya difracta). Un CD se prensa con pistas (ya sea con hoyos para bits, o simplemente una ranura para tinte fotosensible), y la capa aluminizada se coloca sobre eso. Es el espacio entre las pistas lo que refleja la mayor cantidad de luz (o la deja pasar si quitas la parte trasera). Dependiendo del ángulo de visión, la distancia aparente entre pistas será un múltiplo de ciertas longitudes de onda, que será el color que veas ahí.