El timbre es una propiedad asociada a la forma de una onda sonora, es decir, los coeficientes de la transformada discreta de Fourier de la señal correspondiente. Esta es la razón por la cual un violín y un piano pueden tocar cada uno la misma nota en la misma frecuencia y, sin embargo, sonar completamente diferente. Ahora para la luz: si mezclas luz roja y azul, la onda resultante tiene en promedio la misma frecuencia que la verde, pero una forma diferente. ¿Es por eso que lo observamos como magenta en lugar de verde? Entonces, ¿podemos decir que la luz tiene timbre?
¡Pero las mezclas de otros colores no funcionan! Rojo+verde es amarillo, pero el amarillo es un color puro, por lo que aparentemente rojo+verde no tiene un timbre único en este caso; la forma de la onda roja+verde es idéntica a una onda amarilla pura.
Su rango visual incluye aproximadamente una octava en comparación con aproximadamente doce en su rango auditivo. Además, su sistema visual utiliza solo cuatro tipos de sensores de luz, cada uno con una discriminación de frecuencia limitada, mientras que su oído tiene una discriminación de frecuencia fina.
Entonces, si bien los espectros de luz podrían tener una estructura armónica, su aparato visual está mal equipado para detectarlo.
Casi siempre se considera que la luz se describe matemáticamente mediante una simple onda sinusoidal limpia. Si mezcla luz roja y azul, "exactamente" 2x diferentes en frecuencia, a menos que haga algo inteligente y especial, nunca serán exactamente 2x sino que cambiarán de fase al azar con el tiempo. Sería como dos flautas tocando notas con una octava de diferencia, lo que podría sonar como un fundamental y su armónico más bajo, pero eso no es a lo que realmente quieres llegar, ¿verdad?
Pero podemos hacer algo inteligente y especial. Hay materiales ópticos no lineales. Poner un rayo láser puro a través de uno dará como resultado un rayo modificado con un poco de 2x o 3x de frecuencia. Ponga rojo puro, obtenga rojo con un poco de azul agregado, y se mantienen estables en la fase relativa.
Los físicos y los ingenieros ópticos se han vuelto buenos en la aplicación de la óptica no lineal. Los multiplicadores de frecuencia permiten generar luz coherente de alta calidad en frecuencias más altas que las que se pueden generar solo con láseres.
En la Instalación Nacional de Ignición (NIF) en LLNL, los físicos están tratando de hacer que la fusión de hidrógeno sea práctica (o, por ahora, solo para que suceda). Para obtener megajulios de luz láser en su longitud de onda favorita, el sistema óptico utiliza grandes cristales violetas como duplicadores de frecuencia. Documento sobre esos cristales: https://e-reports-ext.llnl.gov/pdf/236677.pdf Los duplicadores y triplicadores (y cuadruplicadores) tienen muchos más usos en experimentos de baja energía.
Algo relacionado con la idea de los armónicos, que tienen frecuencias igualmente espaciadas con relaciones de fase fijas, es la luz (generalmente infrarrojo o rango de THz) hecha en peines de frecuencia. El espaciado es menor que la frecuencia fundamental y puede ser bastante pequeño. Consulte http://www.laserfocusworld.com/articles/print/volume-48/issue-01/features/frequency-combs-make-their-way-to-the-masses.html para obtener una explicación con ilustraciones coloridas.
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