¿Cuáles son las diferencias entre la luz del Sol y la luz de un láser?

Question

Tanto el sol como el láser emiten fotones, pero es evidente que habrá una o varias diferencias en la luz que recibo de ambas fuentes. ¿Cuáles son esas diferencias (energía, intensidad, orientación de los fotones, fases, etc... literalmente cualquier diferencia que se te ocurra)? Imagina que pongo un dispositivo de medición universal (algo que puede detectar cualquier cosa imaginable) delante de la luz del sol y también uno delante del láser. ¿Cuáles son las diferencias?

La única que conozco es que la energía y, por tanto, la frecuencia de los fotones procedentes del sol serán todos mayores que los del láser (láser estándar, nada demasiado mega y nada fuera de la ciencia ficción).

Answer 1

La única que conozco es que la energía y, por tanto, la frecuencia de los fotones procedentes del sol serán todos mayores que los del láser

El sol emite un espectro de frecuencias que incluye las frecuencias de los láseres, por lo que lo anterior no constituye una diferencia.

Clásicamente, la luz es una onda, es decir, tiene una amplitud y una fase. La amplitud es proporcional al campo eléctrico y a los campos magnéticos que constituyen la onda electromagnética, que puede ser descompuesto según la frecuencia de la luz.

Cuando hay una fuente, la frecuencia y la fase (_0) es la misma para la luz emitida por una fuente. Esa luz se llama coherente, y es la que se utiliza en los experimentos de interferencia, la doble rendija, por ejemplo . Crean una fuente puntual para que la luz sea coherente antes del experimento.

Esta es una animación de la forma en que se propaga un campo electromagnético clásico"

Esta animación 3D muestra una onda plana polarizada linealmente que se propaga de izquierda a derecha. Obsérvese que los campos eléctrico y magnético de dicha onda están en fase entre sí, alcanzando mínimos y máximos juntos

Cuando la luz proviene de muchas fuentes incoherentes hay diferencias de fase y la luz se llama incoherente.

La luz del Sol proviene de innumerables desexcitaciones de átomos y moléculas en su atmósfera de plasma, y éstas no son en absoluto coherentes, por lo que la luz solar es incoherente, tiene un pequeño longitud de coherencia . La coherencia puede imponerse haciendo pasar la luz solar a través de un pequeño orificio para crear una fuente puntual y reforzar la coherencia.

Luz láser, utilizando la naturaleza mecánica cuántica de la luz en la fuente, es de una sola frecuencia ( con una anchura pequeña) y es coherente, es decir, tiene una sola fase. Por eso la onda plana que genera tiene una gran longitud de coherencia y un rayo láser puede alcanzar la luna.

En cambio, la luz solar no puede ser lo suficientemente coherente para su utilización.

Por tanto, es el comportamiento electromagnético clásico de la luz el que muestra una diferencia entre la luz solar y la luz láser. Ambos son sistemas de muchas partículas de fotones, pero los fotones del láser son organizados/coherentes y construyen un haz coherente clásico con gran intensidad, mientras que los fotones del sol son incoherentes, por lo que es difícil extraer un subconjunto coherente lo suficientemente intenso para su utilización en experimentos e industria.

Answer 2

No hay diferencia entre los fotones "individuales", sin embargo, en el caso de un láser se puede pensar que los fotones están acompasados entre sí (el término técnico sería "en fase"). La luz del láser se genera de forma especialmente ordenada de (más o menos) una longitud de onda. La luz del sol se genera de forma desordenada, con todo un espectro de frecuencias.

Answer 3

Los fotones tienen varias características relevantes:

• La energía, que también está directamente relacionada con la frecuencia, la longitud de onda y el color.
• Polarización de la onda electromagnética.
• Fase de la onda electromagnética.

La luz del sol es principalmente radiación del cuerpo negro que se reparte en una amplia gama de energías/frecuencias, no está polarizada y las fases relativas de los fotones son aleatorias o incoherentes.

La luz láser es monocromática, es decir, los fotones tienen todos una energía o color característico, que es muy preciso. Es coherente, lo que significa que los fotones tienen todos la misma fase y están bloqueados al mismo tiempo. Es, en general, polarizada.

Answer 4

Los láseres bombeados por energía solar se pueden hacer con cuarzo y medios emisores de láser, pero supongo que con una lente Fresnel con polarización previa o con un filtro de longitud de onda solar o de paso de banda, se puede enfocar mejor un rayo solar.