Interferencia en la luz.

La disciplina científica que estudia el comportamiento físico de la luz se conoce como óptica y dentro de la óptica se pueden diferenciar dos ramas: la óptica geométrica y la óptica ondulatoria. A su vez la óptica geométrica incluye tres secciones básicas:  la reflexión y refracción de la luz, los espejos y los lentes, los que han sido tratados en los artículos correspondientes. En esta disciplina, la luz se trata de manera simplificada a través del rayo luminoso, que es una aproximación que considera la luz como un haz de rayos que se mueven en linea recta y sus propiedades se determinan por la geometría de estos rayos luminosos. Sin embargo, existen ciertos comportamientos de la luz, especialmente cuando hay obstáculos o agujeros en su camino comparables con la longitud de onda, que no pueden ser tratados por simple geometría y aquí el concepto de rayo luminoso pierde su efectividad. Para cuantificar estos efectos resulta necesario acudir a la naturaleza de onda electromagnética de la luz dando lugar a la óptica ondulatoria.

Los tres aspectos del comportamiento de la luz que no pueden ser explicados satisfactoriamente con el uso de rayos luminosos y su geometría son : la interferencia, la difracción y la polarización. En este artículo comenzaremos el estudio de la óptica ondulatoria con la descripción del fenómeno de la interferencia.

Interferencia

La interferencia es un fenómeno relativo a todas las ondas, no solo a las ondas electromagnéticas como la luz, las ondas mecánicas también interfieren, de modo que es una situación general inherente a la naturaleza ondulatoria.

Figura 1. Patrón de interferencia constructiva Figura 2. Patrón de inteferencia destructiva

Cuando dos o más ondas armónicas se superponen, lo mismo sean ondas en la superficie del agua, ondas sonoras en el aire u ondas luminosas, ellas interfieren. La interferencia de las ondas luminosas se basa en que los campos eléctrico y magnético de ambas ondas son magnitudes vectoriales y por lo tanto se pueden sumar. La onda electromagnética resultante es una onda con nuevos valores de los dos campos.

Para entender el fenómeno de la interferencia consideremos dos ondas de la misma frecuencia nacidas de fuentes diferentes que se propagan en el espacio. En cierto instante de tiempo ambas ondas intentan viajar en la misma región, la onda resultante en ese instante luce como se muestra en la figura 1. Por ejemplo, supongamos que ambas son ondas en la superficie del agua de amplitud a. En el instante en que ellas coinciden puede suceder que los valles y las crestas de las dos ondas coincidan en el tiempo, esto hace que la onda resultante tenga una amplitud 2a. En este caso se dice que las ondas están en fase y desarrollan unainterferencia constructiva.

En la figura 2 se muestran las mismas ondas pero ahora la coincidencia en el tiempo es entre valles y crestas, esto es, las ondas son invertidas una respecto a la otra. La onda resultante resulta de la completa cancelación mutua, o lo que es lo mismo, una onda de amplitud cero. Físicamente el asunto puede verse como si una de las ondas intentara mover una partícula de agua hacia arriba mientras la otra intenta hacerlo hacia abajo de lo que resulta falta total de movimiento del agua. Ahora se dice que las ondas están 180º fuera de fase y desarrollan una interferencia destructiva.

Las ondas luminosas también sufren interferencia, pero fundamentalmente la interferencia asociada a la luz proviene de la combinación de sus campos magnéticos y eléctricos. Observar la interferencia de la luz no es fácil debido a la pequeña longitud de la onda (entre 4 x 10^-7m y 7 x 10^-7m), no obstante, esto es posible usando la instalación adecuada como veremos más adelante.