Estoy buscando una forma sencilla de explicar la colimación de un haz de láser. La discusión típica del experimento dos hendidura de la teoría cuántica descansa en el principio de Huygens. Su aplicación a un rayo láser tienden a predecir que se separa. Desde puramente campo electromagnético punto de vista, ¿cómo se puede visualizar lo que ocurre en el borde de la viga?
Respuestas
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Como Jon Custer escribió en su comentario, incluso perfectamente colimado de rayo láser con un plano de frente de onda van a divergir. La forma en que ocurre está determinado por el principio de Huygens, y depende del perfil del haz:
Cuando la intensidad de la luz es abruptamente cortado por un fuerte plana obstáculo, la luz, de hecho, se difractan en casi todos los ángulos. Una cuchilla de corte de un rayo láser, aunque visto desde la sombra geométrica, con un ribete brillante. (En la óptica ondulatoria, no absoluta sombras existen!)
Cuando la intensidad del rayo de luz es modulada sin problemas, se difractan en ángulos pequeños solamente. Intuitivamente se puede imaginar que en el borde de un rayo que pasa a través de un suave "apertura", la Huygens primaria fuente con un poco de mayor amplitud que la de su vecino de la resultante de las fuerzas del frente de onda a ser doblado por un minuto de ángulo, hacia el exterior desde el eje de la viga. Todavía es todo acerca de la superposición de ondas esféricas.
Edit: Para ilustrar esto, yo usé mi fuente abierta de la simulación de secuencias de comandos, utilizando el excelente MEEP de Maxwell-solucionador de ecuaciones, a un clásico borde de difracción de experimento. En los siguientes tres animaciones, me calculados para una ola de difracción en una arista afilada (a la izquierda), y en "suave aberturas" con carácter de transición de anchura de 50 % y el 100% del ancho de la imagen.
nan
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Una correcta colimación del haz láser se llama un Haz Gaussiano cuya transversal magnético y el campo eléctrico de la amplitud de los perfiles están dadas por la función de Gauss.
El haz Gaussiano es una transversal electromagnético (TEM) de modo. La expresión matemática para la amplitud del campo eléctrico es una solución a la paraxial ecuación de Helmholtz:
El ancho de tales rayo láser está descrito por:
La relación entre el ancho de haz y la divergencia es una característica fundamental de la difraccióny de la transformada de Fourier, que describe la difracción de Fraunhofer.
Aquí es cómo un haz Gaussiano1 se ve:
1. Extracto del artículo siguiente: el Estudio Cuantitativo y Cualitativo de Haz Gaussiano Técnicas de Visualización
