Decoherencia de un haz coherente

¿No podría usar una película retardante de espesor variable aleatoriamente para convertir un rayo láser coherente en un rayo láser incoherente...?

Si la película no cambia (en el tiempo), no cambia en absoluto las propiedades de coherencia del haz. Puede pensar en poner una losa de algo en el camino como poner una lente realmente mala (posiblemente sin potencia óptica) en el camino del haz. Si elige dos puntos cualesquiera (ya sea en puntos diferentes en el espacio si quiere decir coherencia espacial o dos puntos en el tiempo si quiere decir coherencia temporal ) y toma la luz de estos dos puntos y los combina, aún verá interferencia. Lo único que ha cambiado es la fase de las franjas (lo que significa que las franjas pueden cambiar, pero no ha cambiado la visibilidad y, por lo tanto, la coherencia de las franjas).

Ahora, si pudiera producir fases aleatorias que cambiaran constantemente más rápido de lo que su "detector" está "midiendo" la luz (por ejemplo, si está pensando en la seguridad de los ojos, esto podría significar un cambio lo suficientemente rápido como para que un solo "instante" coherente sea demasiado rápido para su ojo responda y/o se dañe), entonces su detector promediará los cambios y efectivamente tendrá una luz parcialmente coherente o incoherente.

Esto se hace realmente en experimentos. Por ejemplo, hay experimentos que harán brillar un láser a través de una placa de vidrio esmerilado que está girando [Ref 1], o puede cambiar rápidamente (y con precisión) las fases a través del haz en un modulador de luz espacial [Ref 2] (tenga en cuenta que usan una matriz de microespejos o DMD como los que se encuentran en los proyectores, ya que las pantallas LCD normales no suelen ser lo suficientemente rápidas para hacer esto).

1. A. Gatti et al. "Imágenes coherentes con luz incoherente pseudotérmica". Revista de Óptica Moderna, 53 (2006). doi: 10.1080/09500340500147240 arXiv: quant-ph/0504082

2. B. Rodenburg et al. "Generación experimental de un campo óptico con propiedades de coherencia espacial arbitrarias". JOSA B 31 (2014). doi: 10.1364/JOSAB.31.000A51 arXiv: 1312.6878

... ¿no podría usar una película retardante de espesor variable aleatoriamente para convertir un rayo láser Coherent en un rayo láser incoherente para mejorar la seguridad de los ojos?

Absolutamente no. La destructividad de un rayo para el ojo depende de tres cosas:

1. Energía entregada a la retina y los períodos de tiempo durante los cuales es entregada, cuantificada por el concepto ISO60825 de Exposición Máxima Permisible ;
2. Contenido espectral: algunas longitudes de onda son lo suficientemente cortas como para causar daño fotoquímico: Los límites de exposición máxima permisible en ISO60825 dependen de la longitud de onda;
3. Indirectamente, en algunos casos, si se puede ver el rayo y, por lo tanto, si el espectador puede proteger sus ojos a través del reflejo de parpadeo. Este es el motivo de las clases de láser 2 y 3R: una visión fugaz del primero interrumpida por el reflejo de parpadeo normal se considera segura según ISO60825 y la misma visión de un haz 3R tiene un riesgo muy mitigado.

La coherencia no tiene nada que ver directamente con el peligro de un haz de luz para los ojos. De hecho, la norma de seguridad láser ISO60825-2014 no distingue entre fuentes coherentes e incoherentes . Usted evalúa la seguridad de un LED exactamente de la misma manera que lo hace con un láser. Una salvedad a esta afirmación: si agrega aberración o incoherencia a un haz en la forma que propone, cambiará su comportamiento de divergencia/convergencia y, por lo tanto, cambiará la densidad de potencia que llega a la retina en ciertas situaciones. Algunas propiedades de coherencia influyen así, indirectamente, en el cálculo de la Zona de riesgo ocular nominal y la Distancia de riesgo óptico nominal de las fuentes.

Además, para simular una luz incoherente como en la respuesta de Punk Physicist , debe responder exactamente para qué está simulando la incoherencia. Para ser pedante, un haz verdaderamente parcialmente coherente es una mezcla clásica de estados de fotones puros, como describo en mi respuesta aquí . Entonces, la única forma de producir luz verdaderamente incoherente a partir de luz coherente es aleatorizar la fase/polarización de cada fotón haciéndolo interactuar de alguna manera con un proceso verdaderamente aleatorio: un sistema termalizado o una fuente radiactiva, por ejemplo.

Los métodos para descoherir la luz en la respuesta de Punk Physicist solo producen luz pseudo-decoherente, que tiene la misma relación con una fuente verdaderamente incoherente / parcialmente coherente que una secuencia de números pseudoaleatorios producida por un algoritmo numérico determinista tiene una secuencia verdaderamente aleatoria producida por por ejemplo, un sistema cuántico. No obstante, esto es útil para muchas aplicaciones, de la misma manera que las secuencias pseudoaleatorias son muy útiles.