¿Por qué se dispersa este rayo láser (y no)?

Estaba haciendo pasar un rayo láser a través de un tubo de ensayo lleno de líquido (un éster en particular), y encontré este fenómeno bastante intrigante. Eche un vistazo.

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Ahora, cuando pasé el láser directamente a través de la parte superior del tubo de ensayo, apareció una mancha dispersa de luz láser en el frente.

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Pero cuando puse el láser frente a la porción llena de líquido, apareció un patrón recto de luz (una barra láser, si se puede) en el otro lado.

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Ahora, ¿qué está pasando aquí? Por lo que sé sobre la dispersión, un medio intermedio tiende a dispersar más luz.

  • ¿Por qué se enfoca más luz en el segundo experimento que en el primero, que aparentemente tiene una obstrucción óptica menor?
  • ¿Por qué la barra horizontal de luz láser? ¿Por qué no es vertical?
  • Si uno mira lo suficientemente de cerca, puede notar una variación en la intensidad que llega al otro extremo en el experimento 2. ¿Cómo sucede esto (suponiendo que se trata de una interferencia) si solo hay una fuente?

Si es necesario, el tubo de ensayo se hizo de vidrio de borosilicato (3 mm de espesor) y de diámetro alrededor de 1 cm. Un diagrama de rayos para la situación anterior sería más informativo. Perdón por la mala imagen. ¡Gracias de antemano!

Básicamente, le está pidiendo a alguien que calcule las propiedades de lente de su objeto allí. ¿Cuál es la cuestión conceptual aquí?
Simplemente estoy preguntando por qué el rayo se dispersa en el caso 1, mientras que se enfoca en el caso 2, mientras que en mi opinión debería ocurrir lo contrario. He dado los detalles por si alguien pregunta.
Consulte Lente cilíndrica en wikipedia.

Respuestas (2)

¿Encuentras que el ancho de tu punto cambia a medida que mueves la pantalla hacia y desde el tubo?

Creo que el tubo junto con el líquido actúa como una lente cilíndrica y la segunda "imagen" está desenfocada ya que su pantalla no está en el plano focal de su lente. Probablemente nunca obtendrá un enfoque perfecto debido a varias aberraciones de la lente.

En el primer caso, no hay enfoque porque la luz del láser pasa a través de dos piezas de vidrio muy delgadas con lados aproximadamente paralelos y algo de aire.

Más tarde

No tengo un láser o un tubo de ensayo a mano, así que aquí hay una antorcha que produce un haz aproximadamente paralelo que pasa a través de una pequeña botella con agua.
La acción de enfoque del haz puede verse también como la dispersión del haz hacia afuera.

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para agua con norte ≈ 4 3 el plano focal predicho es aproximadamente el radio de la botella desde el extremo posterior de la botella.
¿Las fotografías parecen indicar un acuerdo entre la teoría y el experimento?

¿Por qué el haz alargado en el caso dos no está al revés?
@Abhinav: lo siento, pero esa pregunta no es comprensible. Inténtelo de nuevo, explicándolo en detalle. ¿Qué es la "posición al revés"? ¿Por qué la viga alargada debe estar a lo largo de él?
Sí, al revés probablemente no sea la mejor descripción. Lo que quise decir fue que, si el haz es cilíndrico, la probabilidad de que se refracte en cualquier otro plano es igualmente probable (¿no?), Entonces, ¿por qué el haz horizontal, por qué no el vertical?
@Abhinav: no hay curvatura a lo largo del eje largo del tubo, por lo que no hay enfoque en esa dirección. Busque "lente cilíndrica".
Ok, hice una repetición y me vino una duda más. El rayo láser tiene una incidencia casi normal (eso es lo que supongo, ya que ningún otro punto da una mejor imagen), entonces la lente cilíndrica o no, el rayo no debe desviarse ni dispersarse. ¿No debería?
@Abhinav La distancia focal de una lente de este tipo es relativamente corta y se prevé que la distancia al plano focal desde la superficie posterior sea ( 2 − norte ) R 2 ( norte − 1 ) dónde R es el radio del tubo de ensayo y norte es el índice de refracción. Esto significa que estará muy cerca del tubo de ensayo. ≈ pocos mm. ¿Vale la pena intentarlo de nuevo? spie.org/publications/optipedia-pages/press-content/tt48/…
@Abhinav He publicado una fotografía de una fuente de luz convencional en uso.
@Farcher aprecia los esfuerzos
@Abhinav: ¿Cómo puede decir que el rayo láser tiene una incidencia normal? No está cerca de una línea. La mayoría de los punteros láser que puede obtener tienen un haz de aproximadamente 1 mm a 2 mm de ancho.
incidencia 'casi normal'
Probé con otros ángulos de incidencia, el rayo solo dio una imagen alargada similar al segundo caso, pero mucho más larga. Esta fue la incidencia más cercana a la normal que pude obtener con las manos desnudas, sosteniendo una cámara y un láser en una mano y el tubo de ensayo en la otra. el otro.

En la parte líquida hay una caída mucho menor en el índice de refracción cuando el haz golpea el vidrio, por lo que hay menos reflexión.

Si tiene más reflexión, el haz rebota de un lado a otro varias veces y cada vez una parte de la radiación sale del tubo de vidrio. Dado que no tiene orientaciones planas perfectas, el punto de luz que sale se ensancha.

No voté negativo. La lente cilíndrica es el concepto correcto aquí y no la interferencia de múltiples haces.
Esto es cierto, la lente del cilindro es correcta para la parte del agua. Sin embargo, para la parte llena de aire, la pregunta sigue siendo por qué el punto láser está tan borroso, lo cual (espero que al menos en parte) se responda correctamente en mi respuesta. Tenga en cuenta que no estaba hablando de interferencias, sino principalmente de reflejos en las paredes de vidrio y la reducción de amplitud y el cambio de dirección que lo acompaña.
El sistema lleno de aire se puede modelar con un sistema de lentes de dos lentes delgadas.
Sin embargo, la intensidad de un reflejo sigue la regla general con una incidencia perpendicular de R=4%. Su explicación requiere al menos dos reflejos: 0,16% de intensidad. Veces dos desde la parte delantera y trasera de la pared del tubo. Agregar intensidad de órdenes superiores no ayuda más.
Ese es un muy buen punto, sí.
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