En mi viaje para comprender mejor la luz, construí un "interferómetro de Young polarizado". Imagine las siguientes polarizaciones: horizontal, vertical, diagonal y anti-diagonal (H, V, D y AD). Coloco un polarizador de hoja H sobre una rendija y V sobre la otra. Yo uso una fuente de láser polarizado. Finalmente, coloco un "mezclador" polarizador de hoja D entre el Young polarizado y la pantalla de observación. Oriente la fuente para explorar la salida de las cuatro entradas anteriores (H, V, D y AD). ¿Cuáles son los resultados de mi viaje? ¿Veo flecos para H?, ¿para V?, ¿para D?, ¿para AD? Si veo flecos, ¿son siempre de la misma fase? (Tenga en cuenta que la entrada D significa colineal con el mezclador, y la entrada AD significa perpendicular al mezclador. Además,las líneas en los polarizadores se refieren al eje del campo eléctrico transmitido de los polarizadores de hoja y no denotan polarizadores de alambre. Supongamos que realizo este experimento en una línea láser visible con rendijas de ~1,5 mm de centro a centro, y cada una de ~0,5 mm de ancho. Me parece seguro asumir que las rendijas desnudas tienen un efecto insignificante en la polarización y que los polarizadores de lámina son muy eficientes).
Voy a suponer una amplia audiencia con algunos que han visto el análisis complejo de ondas planas y muchos que no. Cualquiera que pueda hacer el experimento ordinario de doble rendija de Young no debería tener problemas para hacer la versión mixta polarizada. Se necesita poca o ninguna matemática, pero hay un poco de arte en hacer una doble rendija polarizada.
(Mírame mostrando los flecos pasando por los cuatro resultados simplemente girando el mezclador aquí ).
(Una nota sobre las referencias: dado que últimamente gran parte de la información financiada con fondos públicos está detrás de muros de pago, también incluyo fuentes de libre acceso, algunas terciarias. No creo que las fuentes pagas sean realmente necesarias para comprender esta respuesta, pero se incluyen para completar y linaje.)
El experimento realmente se puede hacer en la cocina de uno sin necesidad de matemáticas. Hago las hendiduras a mano con aproximadamente 1 mm de ancho y con una separación de ~ 1,5 mm. Utilizo cinta aislante para enmascarar el límite entre dos polarizadores de hoja contiguos cuyos ejes de transmisión son perpendiculares, y luego corto y despego las ranuras de las ventanas. Puedo incluir más detalles sobre el arte de hacer una doble rendija polarizada, si la gente lo solicita. Los punteros láser suelen estar polarizados, pero a veces son inestables. Para estar seguro de la polarización de la fuente, utilizo un polarizador justo después del láser al que llamo "prefiltro". Me resulta más fácil rotar el mezclador entre D y AD que rotar el conjunto de láser/prefiltro. El mezclador puede incluso colocarse justo contra la pantalla de observación y girarse (o retirarse) en ese punto.
A partir de los comentarios, creo que la gente se está dando cuenta de que las entradas diagonales y antidiagonales (D y AD) producen una salida marginal y que las entradas H y V no pueden generar franjas. Lo que tal vez nos tome a todos por sorpresa (ciertamente a mí) es que AD hace una franja central oscura (cero). Esto significa que cuando los ángulos de polarización del mezclador y de la entrada son mutuamente perpendiculares (el significado de AD), las franjas se ven como un negativo fotográfico de las franjas de Young normales y familiares.
Comienzo con caricaturas de la salida cualitativa de las siguientes configuraciones: una sola rendija , doble rendija , doble rendija polarizada y doble rendija polarizada con mezclador (Figuras 0, 1). Para un diseño que recuerda, vea el borrador cuántico de Chiao, R., P. Kwiat y Aephraim M. Steinberg (ver Figs. 9b, 9c de la v1 del preprint, apareciendo en las últimas páginas por un error de LaTeX).
Luego muestro fotografías de mi arreglo experimental y resultados reales (Figuras 6-10). Termino con la Tabla 0 que resume los resultados experimentales y un siguiente análisis complejo de ondas planas (con la Figura 5 adjunta). El análisis armoniza con el experimento para configuraciones ordinarias, polarizadas y mixtas polarizadas. La Figura 0 revisa las características de salida de las rendijas simple y doble ordinarias, y se construye para mostrar la rendija doble polarizada y la rendija doble polarizada mixta. La Figura 1 completa los resultados para la doble rendija polarizada mixta. Históricamente, inicialmente elaboro la solución de onda plana para asegurarme de que entiendo el problema. Al tener problemas con la respuesta, finalmente me doy cuenta de que la solución es correcta, pero la respuesta predice una franja oscura para la entrada de AD. Luego vuelvo a mirar mis datos fotográficos y me doy cuenta de que el borde central está oscuro. (Anteriormente, deliberadamente configuro el mezclador AD en la entrada por alguna razón). Luego configuro el mezclador D en la entrada y regresa la franja central brillante.
Ahora, para una descripción general de las matemáticas: enmarco el problema usando una onda plana compleja que permite la inserción o eliminación de los polarizadores (por ejemplo, quitar el mezclador es equivalente a usar la matriz de identidad en su lugar, que no cambia la función de onda en ese momento). punto). Defino el problema en la Figura 5. Encuentro cierto sentido de confianza en obtener una respuesta matemática que se alinee con mi viaje experimental. El siguiente análisis complejo de ondas planas da los mismos resultados para la existencia de franjas y la fase que veo para el experimento.
Polarización de entrada | Ordinario de doble rendija | Doble rendija polarizada | Doble rendija polarizada con mezclador |
---|---|---|---|
D (Alineado con el mezclador) | si (franja central brillante) | No | si (flequillo central brillante) |
AD (Ortogonal al mezclador) | si (franja central brillante) | No | si (franja central oscura) |
H | si (franja central brillante) | No | No |
V | si (franja central brillante) | No | No |
TABLA 0 (Todos los casos experimentales básicos se resumen aquí y se prueban en el análisis complejo).
yo uso el calculo de jones . Mi enfoque es hacer que el caso general incluya los Young ordinarios para confirmar que estoy resolviendo el problema correctamente. También simplifico manteniendo implícita la geometría específica y buscando un término sinusoidal multiplicativo que indique franjas. Las ecuaciones aún dan un poco de miedo, pero serían mucho peores si intentara obtener un perfil de la intensidad frente al ángulo de difracción. De todos modos, solo estoy estudiando la existencia y la fase de las franjas para cada entrada de H, V, D y AD. El cálculo de Jones simplemente trata cada elemento óptico como una transformación lineal de la onda plana compleja, por lo que el JC es una forma compacta de escribir las ecuaciones que normalmente se encuentran al escribir los componentes de polarización y las proyecciones como términos vectoriales. Finalmente, la regla de Born ("cuadratura" = el resultado complejo punteado con su complejo conjugado) nos dice la intensidad observada. Los resultados coinciden con el experimento para cada polarización de entrada para la doble rendija desnuda, la doble rendija polarizada y la doble rendija polarizada con mezclador. Modelo cada configuración física a partir de la ecuación general, reduzco algebraicamente y luego "cuadro" por separado, después de lo cual aplico los vectores de polarización de entrada específicos. (Vea a continuación la matriz única que surge para cada caso justo antes de aplicar la regla de Born). después de lo cual aplico los vectores de polarización de entrada específicos. (Vea a continuación la matriz única que surge para cada caso justo antes de aplicar la regla de Born). después de lo cual aplico los vectores de polarización de entrada específicos. (Vea a continuación la matriz única que surge para cada caso justo antes de aplicar la regla de Born).
escribo una onda plana incidente ,
Ahora, , y para entrada D, AD, H y V, , , , , respectivamente. Conectándose a muestra que la franja sinusoidal desaparece para H y V. Para D y AD, la sinusoide permanece, pero está oscura para AD donde D es brillante debido a la inversión de signo contra el término coseno. Entonces, la última columna de la Tabla 0 está probada.
Entonces, supongo que mis habilidades teóricas son "correctas" porque obtengo la "respuesta correcta" para todos los casos, pero eso podría estar muy lejos de responder por qué ocurre este efecto. En inglés, diría que la fase compleja de D está a 180 grados de la de AD, por lo que, siendo todo lo demás igual (a lo largo de la franja central), la amplitud de entrada tiene transmisión cero a través del mezclador. Esa declaración parece tener sentido para mí, si imagino que los componentes del vector de luz realmente giran dentro y fuera del espacio imaginario. Para cualquiera que no le guste esa imagen, no estoy seguro de lo que puedo hacer por usted.
Agradecimientos
Mi gratitud a quienes han apoyado e inspirado mi entusiasmo por la ciencia; no hay espacio aquí para mencionarlos a todos. Zeroth, agradezco Ser Uno. Me reconozco por tomar la decisión de iniciar esta línea de investigación a mis expensas personales, que no es una consecuencia inmediata de proyectos anteriores en los que he tenido la suerte de trabajar. De los que no conozco en persona, Sócrates que me recuerda que puedo empezar de cero, Huygens que prueba más de lo que adivina, Tesla que confía en el éter, B. Franklin que muestra el camino, JC Bose que ve vida, Heaviside con su obstinada búsqueda de la comprensión, la aplicación y el crédito adecuado, Newton y Kepler por arrasar con los epiciclos, Euler mostrando la unidad del ciclo, Gauss potenciando las superficies y las distribuciones... De los conocidos personalmente: el difunto Robert Lin, Davin Larson , y Janet Luhmann, que se encargó de mi beca de pregrado en el Laboratorio de Ciencias Espaciales, y mis otros coautores de entonces, SW Kahler y NU Crooker; Jerry Edelstein, líder y mentor de los proyectos SPEAR (espectroscopia de la evolución del plasma a partir de la radiación astrofísica) y T-EDI (instrumento de descubrimiento de exoplanetas TripleSpec); David Erskine, inventor y pionero de EDI y X-EDI (interferometría de dispersión externa ordinaria y de desvanecimiento cruzado); Julia Kregenow, Dae-Hee Lee, Mario Marckwordt, Matthew Ward Muterspaugh, Kaori Nishikida, Kwangsun Ryu, Michael Scholl, Kwang-Il Seon, Martin Sirk, el difunto CH Townes, Barry Welsh y Ed Wishnow por muchas interacciones significativas. Mis difuntos padres Esther y Bill Feuerstein, además de ser mis maestros, siempre me apoyaron en mi sentido de propósito. y mis otros coautores de entonces SW Kahler y NU Crooker; Jerry Edelstein, líder y mentor de los proyectos SPEAR (espectroscopia de la evolución del plasma a partir de la radiación astrofísica) y T-EDI (instrumento de descubrimiento de exoplanetas TripleSpec), David Erskine, inventor y pionero de EDI y X-EDI (interferometría de dispersión externa ordinaria y de desvanecimiento cruzado); Julia Kregenow, Dae-Hee Lee, Mario Marckwordt, Matthew Ward Muterspaugh, Kaori Nishikida, Kwangsun Ryu, Michael Scholl, Kwang-Il Seon, Martin Sirk, el difunto CH Townes, Barry Welsh y Ed Wishnow por muchas interacciones significativas. Mis difuntos padres Esther y Bill Feuerstein, además de ser mis maestros, siempre me apoyaron en mi sentido de propósito. y mis otros coautores de entonces SW Kahler y NU Crooker; Jerry Edelstein, líder y mentor de los proyectos SPEAR (espectroscopia de la evolución del plasma a partir de la radiación astrofísica) y T-EDI (instrumento de descubrimiento de exoplanetas TripleSpec); David Erskine, inventor y pionero de EDI y X-EDI (interferometría de dispersión externa ordinaria y de desvanecimiento cruzado); Julia Kregenow, Dae-Hee Lee, Mario Marckwordt, Matthew Ward Muterspaugh, Kaori Nishikida, Kwangsun Ryu, Michael Scholl, Kwang-Il Seon, Martin Sirk, el difunto CH Townes, Barry Welsh y Ed Wishnow por muchas interacciones significativas. Mis difuntos padres Esther y Bill Feuerstein, además de ser mis maestros, siempre me apoyaron en mi sentido de propósito. líder y mentor de los proyectos SPEAR (Espectroscopía de Evolución de Plasma a partir de Radiación Astrofísica) y T-EDI (Instrumento de Descubrimiento de Exoplanetas TripleSpec), David Erskine, inventor y pionero de EDI y X-EDI (Interferometría de Dispersión Externa Ordinaria y de Desvanecimiento Cruzado); Julia Kregenow, Dae-Hee Lee, Mario Marckwordt, Matthew Ward Muterspaugh, Kaori Nishikida, Kwangsun Ryu, Michael Scholl, Kwang-Il Seon, Martin Sirk, el difunto CH Townes, Barry Welsh y Ed Wishnow por muchas interacciones significativas. Mis difuntos padres Esther y Bill Feuerstein, además de ser mis maestros, siempre me apoyaron en mi sentido de propósito. líder y mentor de los proyectos SPEAR (Espectroscopía de Evolución de Plasma a partir de Radiación Astrofísica) y T-EDI (Instrumento de Descubrimiento de Exoplanetas TripleSpec), David Erskine, inventor y pionero de EDI y X-EDI (Interferometría de Dispersión Externa Ordinaria y de Desvanecimiento Cruzado); Julia Kregenow, Dae-Hee Lee, Mario Marckwordt, Matthew Ward Muterspaugh, Kaori Nishikida, Kwangsun Ryu, Michael Scholl, Kwang-Il Seon, Martin Sirk, el difunto CH Townes, Barry Welsh y Ed Wishnow por muchas interacciones significativas. Mis difuntos padres Esther y Bill Feuerstein, además de ser mis maestros, siempre me apoyaron en mi sentido de propósito. Matthew Ward Muterspaugh, Kaori Nishikida, Kwangsun Ryu, Michael Scholl, Kwang-Il Seon, Martin Sirk, el difunto CH Townes, Barry Welsh y Ed Wishnow por muchas interacciones significativas. Mis difuntos padres Esther y Bill Feuerstein, además de ser mis maestros, siempre me apoyaron en mi sentido de propósito. Matthew Ward Muterspaugh, Kaori Nishikida, Kwangsun Ryu, Michael Scholl, Kwang-Il Seon, Martin Sirk, el difunto CH Townes, Barry Welsh y Ed Wishnow por muchas interacciones significativas. Mis difuntos padres Esther y Bill Feuerstein, además de ser mis maestros, siempre me apoyaron en mi sentido de propósito.
1. Fowles, G. (1989). Introduction to Modern Optics (2nd ed.). Dover. p. 35.
2. Wikipedia contributors, "Jones calculus," Wikipedia, The Free Encyclopedia, https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Jones_calculus&oldid=1020573977 (accessed August 22, 2021).
3. Wikipedia contributors, "Plane wave," Wikipedia, The Free Encyclopedia, https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Plane_wave&oldid=1031803393 (accessed August 22, 2021).
4. Born, M. Zur Quantenmechanik der Stoßvorgänge. Z. Physik 37, 863–867 (1926). https://doi.org/10.1007/BF01397477
5. Wikipedia contributors, "Born rule," Wikipedia, The Free Encyclopedia, https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Born_rule&oldid=1032140227 (accessed August 23, 2021).
6. H. Hurwitz and R. Jones, "A New Calculus for the Treatment of Optical SystemsII. Proof of Three General Equivalence Theorems," J. Opt. Soc. Am. 31, 493-499 (1941).
7. Chr. Huygens, Traité de la Lumière (drafted 1678; published in Leyden by Van der Aa, 1690), translated by Silvanus P. Thompson as Treatise on Light (London: Macmillan, 1912; Project Gutenberg edition, 2005), p.19.
8. Wikipedia contributors, "Huygens–Fresnel principle," Wikipedia, The Free Encyclopedia, https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Huygens%E2%80%93Fresnel_principle&oldid=1040360110 (accessed August 24, 2021).
9. Wikipedia contributors, "Double-slit experiment," Wikipedia, The Free Encyclopedia, https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Double-slit_experiment&oldid=1034409853 (accessed August 24, 2021).
10. Young, Thomas. "The Bakerian lecture. Experiments and calculation relative to physical optics". Retrieved 14 July 2021.
11. Chiao, R., P. Kwiat and Aephraim M. Steinberg. “Quantum non-locality in two-photon experiments at Berkeley.” Quantum and Semiclassical Optics: Journal of The European Optical Society Part B 7 (1995): 259-278.
12. arXiv:quant-ph/9501016v1
W. Michael Feuerstein es un investigador independiente que investiga la interferometría de proyección ortogonal y la discriminación de base interferométrica. Tiene experiencia en investigación profesional en física espacial (en particular, la relación entre el campo magnético interplanetario y las distribuciones del ángulo de inclinación de los electrones), astronomía ultravioleta lejana y extrema nacida en el espacio e interferometría de dispersión externa para la búsqueda de planetas Doppler.
Dado que la luz debe viajar a través de ambas rendijas para que se vea un patrón de interferencia, cuando la fuente de luz es H o V, no se producirá ninguna interferencia ya que la luz incidente solo podrá pasar a través de una rendija.
Cuando la luz incidente es D o AD, ocurre una situación interesante. Dependiendo de qué tan estrechos sean los anchos de la rendija, la rendija misma tiene una tendencia a polarizar la luz (que podemos definir como la orientación V). Esto significa que muy poca luz atravesará la rendija con el polarizador H colocado sobre ella, independientemente de la polarización de la luz incidente.
Por lo tanto, incluso en el caso de D y AD, esencialmente no se verá ningún patrón de interferencia. Básicamente, ha diseñado un experimento que, a todos los efectos prácticos, evita que la luz incidente atraviese ambas rendijas. Y este es el caso para todas y cada una de las polarizaciones de la luz incidente.
En su configuración, no puede obtener interferencia de dos rendijas si la fuente de fotones es completamente vertical u horizontal, pero tenga en cuenta que aún tendrá interferencia de una sola rendija. Si la fuente de fotones es completamente diagonal o completamente antidiagonal, su configuración obtendrá interferencia de dos rendijas.
hyportnex
FísicaDave
FísicaDave
feuerstein
FísicaDave
feuerstein
FísicaDave
feuerstein
FísicaDave
FísicaDave
feuerstein