¿Pueden las ondas de luz causar latidos?

Es una respuesta bastante tardía, pero el documento Latidos ópticos visibles en el nivel de hercios acaba de aparecer en el Arxiv y describe exactamente el fenómeno sobre el que pregunta. Esta imagen del artículo muestra la configuración experimental:

La frecuencia de la luz se modifica utilizando moduladores acústico-ópticos (etiquetados como AOM en el diagrama), y para que se vea bonito, se usa una lente para producir anillos de interferencia y un divisor de haz para producir dos imágenes (etiquetadas A y B) que son inversas entre sí. Es decir, A es oscuro cuando B es brillante y viceversa.

El documento informa que la variación de brillo se puede ver fácilmente a simple vista hasta aproximadamente una diferencia de frecuencia de 20 Hz, más allá de la cual la persistencia de la visión hace que desaparezca el latido.

Más tarde : un crítico ha señalado este video en YouTube que muestra un experimento muy similar.

La matemática de los latidos es absolutamente la misma para la luz que para el sonido, pero...

• La mayoría de la luz que nos rodea es incoherente, por lo que no forma latidos en escalas macroscópicas de tiempo o distancia.

• Es difícil seleccionar fuentes que podrían dar latidos visibles Míralo de esta manera, la frecuencia de la luz verde está alrededor$c /(500\text{ nm}) \approx 6 \times 10^{15} \text{ Hz}$. Todos los colores tienen frecuencias del mismo orden de magnitud, por lo que las frecuencias de pulsación de dos colores seleccionados al azar tienden a estar alrededor$10^{13}$--$10^{14} \text{ Hz}$: mucho más rápido de lo que tu ojo puede detectar. Para construir un par de fuentes que pudieras ver batir requerirías controlar sus frecuencias a aproximadamente 1 parte en$10^{14}$. Eso no es fácil.

Un giroscopio láser detecta "latidos" de luz.

En un giroscopio láser, la luz láser va en dos direcciones alrededor de un anillo, en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario a las agujas del reloj. Si el giroscopio está girando, una dirección del láser tendrá una frecuencia ligeramente diferente a la otra, y su interferencia creará un 'golpe'.

La respuesta a su pregunta es sí, podemos observar notas de tiempo entre dos fuentes de luz coherentes diferentes. Este hecho es la base de casi todos los experimentos con láser de precisión porque permite la detección de bloqueo. Sin embargo, hay una sutil diferencia con las notas de ritmo de audio.

La diferencia es que con el sonido las oscilaciones están en la presión del aire que es lo que detectas con tu oído. La nota de ritmo que obtienes con dos ondas de sonido está en el volumen del campo. Considere dos ondas de sonido con presión unitaria combinadas en su oído,

$$P=\cos(\omega_1 t)+\cos(\omega_2 t)=\boxed{2\cos\left(\frac12(\omega_1-\omega_2)t\right) \cos\left(\frac12(\omega_1+\omega_2)t\right)}.$$ El primer término es la nota de tiempo que detecta. Es una nota de ritmo en el volumen de la fuerza de la señal. Sin embargo, si tomara la transformada de Fourier de esta señal, aún encontraría que solo hay dos frecuencias: $\omega_1$y $\omega_2$.

Con la luz, las frecuencias son tan altas que todo lo que podemos detectar es la intensidad del campo. Este es un proceso inherentemente no lineal en el que el beatnote se convierte en un componente de la señal . Considere dos campos ópticos de potencia unitaria (usando notación compleja esta vez),

$$E=e^{-i\omega_1 t}+e^{-i\omega_2t}.$$ Cuando este campo incide sobre un fotodetector, la señal vendrá dada por la intensidad promediada en el tiempo del campo. $$\langle E\rangle=E^*E=\boxed{2\left(1+\cos[(\omega_1-\omega_2)t]\right)}.$$ Entonces, esta señal en realidad tiene un componente en la frecuencia del beatnote. Es decir, si toma la transformada de Fourier, encontrará un componente en esa frecuencia.

¿Por qué importa la diferencia? Con la luz, puede combinar dos láseres cuyas frecuencias son demasiado altas para ser detectadas directamente y obtener una señal en la frecuencia del beatnote. Sin embargo, no puede combinar dos campos de sonido con frecuencias que estén fuera del rango del oído humano (por encima de$\sim25\ \text{kHz}\ $) y ser capaz de escuchar el beatnote entre los dos.