Cómo se forma el patrón de moteado subjetivo del láser

Question

No encuentro una buena explicación sobre cómo se forma el patrón de moteado subjetivo (en términos de interferencia).

Objetivo moteado. La imagen siguiente explica bien cómo se forma el moteado: la luz de cada punto de la superficie iluminada se suma constructivamente/destructivamente para formar un único moteado. Las fases en amarillo ayudan mucho a entender cómo ocurre esto.

Moteado subjetivo. Está claro que el patrón de moteado se visualiza en el detector mediante una lente. Cada punto de la imagen puede considerarse iluminado por una zona finita del objeto. La página web El tamaño de esta zona viene determinado por la resolución limitada de difracción del objetivo que viene dado por el disco de Airy (tomado de aquí ). Los patrones de moteado son causados por la interferencia de las ondas de las distintas regiones de dispersión de un elemento de resolución de la lente. En esta región se suman las funciones de respuesta de las ondas desfasadas aleatoriamente, lo que da lugar a la formación de patrones de moteado (tomados de aquí ).

Pregunta:

¿Qué ocurre exactamente en esa zona "finita"? ¿Es lo mismo que un elemento de resolución? ¿Qué rayos interfieren? ¿Cómo es posible si todos los rayos recorren la misma distancia desde el punto del objeto hasta el punto de la imagen? ¿No están todos en fase? ¿Qué causa las ondas desfasadas al azar?

Answer 1

Compruebe los patrones de moteado aquí .

1. Los diferentes caminos que toma la luz provocarán diferentes fases en un punto A dado en una pantalla. (Eso es geometría).
2. Si no hay un sistema de imagen, la luz golpea un objeto, se dispersa/refleja en el objeto y se encuentra en la pantalla. Las ondas interfieren y forman un patrón de manchas en función de la rugosidad del objeto. Eso es un moteado objetivo.
3. Si se toma una lente y se imagina un punto A en el objeto. A no es un punto sino un área, definida por el disco de Airy. El diámetro del disco es proporcional a la distancia u entre el objeto y la lente.
4. El disco de Airy que se puede resolver en la imagen es proporcional a la distancia v entre el objetivo y la imagen.
5. Los frentes de onda captados dentro de A no interfieren necesariamente dentro del área A'.

Diga el v es menor que u es decir, el disco de Airy A es más pequeño que A'. Los frentes de onda que interfieren en A' deben, por tanto, originarse en los alrededores de A. Diferentes frentes de onda con diferentes fases dan lugar a una intensidad diferente. Como el patrón resultante depende del sistema de imagen, se denomina subjetivo.

Además, el disco de Airy depende también de la apertura (o del diámetro de la lente) el patrón subjetivo también cambia al cambiar la apertura.

Answer 2

Los patrones de moteado objetivos y subjetivos tienen mucho en común. En ambos casos, una onda plana experimenta un cambio de fase aleatorio en el plano A y, a continuación, se obtiene una imagen en otro plano B. Los planos A y B están lo suficientemente alejados como para que se aplique la óptica de Fourier.

El patrón de intensidad en el plano B es un patrón de manchas. Si A es la superficie reflectante de un objeto, el patrón de manchas se conoce como objetivo . Si A es la superficie de una lente (u otra superficie intermedia del sistema de imagen), el patrón de moteado se conoce como subjetivo .

La descripción matemática es la misma en ambos casos. La función de transferencia en el plano A es un cambio de fase aleatorio, es decir $A(\vec{x}) = e^{i \phi(\vec{x})}$ , donde $\phi(\vec{x})$ varía aleatoriamente con la posición $\vec{x}$ en el avión. La intensidad en el plano B es una transformada de Fourier de $A(\vec{x})$ .

Es posible tener una configuración más complicada: la onda plana se refleja en una superficie rugosa A, luego pasa a través de una lente rugosa B y luego se visualiza en el plano C. En este caso tendríamos motas objetivas y subjetivas.

Answer 3

Tengo una opinión diferente sobre esto. Soy muy miope, y me doy cuenta de que el patrón de manchas alrededor del punto de luz de un láser barato de 650 nm no cambia realmente de nitidez, incluso si lo miro desde muchos metros de distancia sin gafas, donde no puedo ver realmente ese detalle.

Si el patrón es causado por una interferencia, entonces la interferencia debe estar ocurriendo en mi ojo. Pero no creo que eso sea lo que ocurre. Hay tres tipos de células de cono (los fotorreceptores sensibles al color) en nuestros ojos. Sólo un tipo es sensible a la luz de 650 nm. Este es el aspecto de la distribución de esas células sensibles al rojo:

https://en.wikipedia.org/wiki/File:ConeMosaics.jpg

Dado que la luz de 650 nm sólo activa los receptores rojos, creo que lo que realmente estoy viendo es la distribución de esos receptores. Para ayudar a verificar esto, he comprobado si mi cámara capta el moteado. No lo hace, aunque puede capturar otros patrones que no provienen de la luz láser y son igual de finos, porque utiliza un método diferente para distinguir los colores.