¿Es posible "forzar" que dos fuentes de luz distintas sean coherentes?

Question

He editado esta pregunta por tres razones. Son: 1. Es un posible duplicado de otra pregunta. (Creo que la "respuesta" a esa pregunta es incorrecta). 2. He recibido dos respuestas contradictorias. 3. Tengo nueva información relacionada con la pregunta. Véase más abajo

(Inicio de la nueva pregunta) Se puede decir que la superficie de una estrella es un lugar violento. La luz emitida no es coherente, pero cuando la luz de la estrella llega aquí sí lo es. Así que ahora puedo responder a parte de mi pregunta: "¿Pueden dos fuentes de luz separadas ser coherentes? La respuesta es sí. Este breve vídeo lo demuestra https://youtu.be/4o48J4streE . La matemática que subyace es el teorema de Van Cittert-Zernike. Esto contradice lo que se ha dicho en este sitio. No sé qué puedo hacer al respecto. La pregunta que queda, sin embargo, es si dos fuentes de luz pueden ser coherentes sin viajar grandes distancias. Además, ¿qué es una fuente de luz? ¿Es una estrella una fuente única, o la fuente de luz es cada electrón individual? (Fin de la nueva pregunta). (Inicio de la pregunta original) Me gustaría que me dierais vuestra opinión sobre si puedo o no crear luz coherente. Esto es lo que estoy pensando: Si tengo dos fuentes de luz blanca separadas se podría utilizar un filtro de color para seleccionar su componente temporal. Luego se podrían utilizar agujeros de alfiler para establecer su coherencia espacial. También podría mover la fuente de luz para que coincida con la coherencia espacial. Si fuera necesario, se podría utilizar un filtro polarizador para alinear su polaridad. Las dos fuentes de luz se enfocarían y luego se combinarían a través de un divisor de haz y se enviarían a través de una rendija simple o doble para ver si hay un patrón de interferencia. ¿Funcionará? ¿Alguna sugerencia? Gracias

Answer 1

@PhysicsDave probablemente no ha probado a interferir la luz de dos láseres independientes. De hecho, los dos NO formarán un patrón de interferencia visible. Sus frecuencias y fases relativas nunca tendrán una relación estacionaria (necesaria para formar un patrón de interferencia visible) a menos que los dos láseres están acoplados. En cualquier instante, habrá efectivamente un patrón de interferencia, pero estará en continuo movimiento PORQUE los dos láseres no son coherentes entre sí.

Existe una forma de "forzar" que dos láseres sean coherentes entre sí. Si una pequeña cantidad ("muestra") de la luz de cada láser se divide mediante divisores de haz y esos haces "de muestra" se combinan en un interferómetro, y se coloca un fotodetector rápido en el patrón de interferencia (que se mueve rápidamente y de forma aleatoria), y la salida del fotodetector se utiliza para accionar uno de los espejos de la cavidad de uno de los láseres, los dos láseres quedarán "bloqueados en fase". El patrón de interferencia formado por los haces de la muestra se volverá estacionario, y los haces principales de los dos láseres serán entonces coherentes entre sí. Pero si el bucle de bloqueo de fase se rompe, los dos láseres dejarán inmediatamente de ser coherentes entre sí.

Cada fotón que entra en un interferómetro forma una especie de patrón de interferencia. Es decir, su función de onda tiene la forma de un patrón de interferencia (aunque el fotón, al ser detectado, estará en un lugar aleatorio del patrón de interferencia). Mientras el interferómetro esté configurado de tal manera que la función de onda de cada fotón forme esencialmente el mismo patrón de interferencia, se verán franjas, independientemente de la procedencia de los fotones. Este es el caso de la "interferometría de luz blanca". Pero eso no significa que si esos fotones provienen de fuentes diferentes sean mutuamente coherentes. No son mutuamente coherentes a menos que las fuentes sean mutuamente coherentes.

Dos fuentes de luz blanca independientes no pueden hacerse coherentes entre sí. Dos láseres de femtosegundos, cuya salida puede tener un espectro lo suficientemente amplio como para llamarse "blanco", pueden bloquearse en fase para producir dos haces de luz "blanca" bloqueados en fase que son, efectivamente, coherentes entre sí.

Answer 2

Sí, seguirá habiendo un patrón de interferencia de las 2 fuentes combinadas. Su enfoque sería el mismo que si hubiéramos combinado 2 patrones de interferencia separados de 2 fuentes. Los patrones separados son idénticos porque se crean con el mismo tipo de fuente inicial, el mismo filtro de color, el mismo agujero de alfiler, la distancia a la pantalla y el tamaño y espaciado de la rendija.

Tu pregunta trata de llegar a la cuestión de cómo de coherente es la luz de una única fuente verso 2 fuentes separadas combinadas de calidad similar. Y la respuesta es que habrá un poco menos de coherencia en las 2 fuentes separadas, pero no es suficiente para que se note en un experimento de doble rendija.

Otra forma de enfocar esto es utilizar 2 colores diferentes y todavía se observará el patrón de interferencia aunque no tan nítido (o borroso) ya que los 2 colores no se superponen exactamente.

En tu anterior post sobre el patrón reflejado se ve otro aspecto de "interferencia". Una mejor manera de entender la DSI es emplear el método moderno de la "función de onda del fotón" enseñado por Feynman, este método inicialmente establecía que la suma de todos los caminos posibles de la luz necesitan ser considerados, más tarde se dio cuenta de que sólo el camino más corto necesita ser considerado siempre y cuando fuera múltiplo entero de la longitud de onda del fotón. En términos sencillos, la luz sólo viajará por caminos permitidos que sean múltiplos enteros de la longitud de onda del fotón. Esto tiene sentido, por ejemplo, en una cavidad láser sabemos que los fotones no se propagan cuando se altera la longitud de la cavidad. El término interferencia es de principios del siglo XX y tuvo éxito porque las ondas (como el agua) interfieren, por lo tanto la luz era ondas, un gran descubrimiento. Pero estudiando más de cerca sabemos que los fotones nunca se anulan entre sí, simplemente se atraviesan unos a otros, exactamente como las ondas de agua, es decir, en el experimento DSI nunca hay fotones destruidos, en las bandas brillantes es donde están todos los fotones, en las bandas oscuras no hay fotones ya que los caminos son de la dimensión (longitud) equivocada. Resulta que la matemática clásica para la DSI basada en la "interferencia" funciona más o menos igual que el cálculo de Maxwell o cuántico o de Feynman, ¡ya que ambos cálculos se basan en gran medida en la longitud de onda y la distancia del camino!