Interferencia en el foco de una lente convexa o un espejo cóncavo

Sí, obtiene interferencia, pero una lente bien construida ha introducido el cambio de fase suficiente en el frente de onda en cada punto para que la interferencia sea constructiva. Debido a que la lente tiene un tamaño finito, se observará un patrón de interferencia en el foco, algo conocido como "anillos de Airy".

De hecho, la forma en que funciona una lente es precisamente creando un cambio de fase entre los rayos de luz que viajan a lo largo de diferentes caminos, y después del cambio de fase, el rayo cambia de dirección porque esa es la dirección en la que la interferencia es constructiva.

El siguiente diagrama trata de explicar esto: estoy usando la construcción convencional de Huyghens para mostrar que cada punto en un frente de onda puede considerarse una fuente de un frente de onda que viaja en todas las direcciones, y el frente de onda final continúa en la dirección donde todos estos interfieren constructivamente. La cuña azul es un prisma, una pieza muy pequeña de una lente. Dentro del prisma, la longitud de onda de la luz es más corta (debido al índice de refracción de la lente), por lo que los frentes de onda (pequeños círculos) que representan una longitud de onda están más juntos. Puede pensar que una lente esférica está compuesta por muchos prismas, cada uno actuando de la misma manera (aunque la diferencia de fase cambiará según el grosor de la lente). Tenga en cuenta que en mi dibujo, el rayo superior tiene exactamente una longitud de onda dentro del prisma y dos fuera, mientras que el rayo inferior tiene dos longitudes de onda adentro y solo una afuera. En ambos casos, la línea que conecta los frentes de onda corresponde exactamente a tres longitudes de onda después del plano de entrada del prisma. Por supuesto, hay una cantidad infinita de rayos entre estos dos; si no los hubiera, tendría algo similar a la configuración de un experimento de Young's Slits y vería patrones de interferencia (varias direcciones en las que puede ocurrir una interferencia constructiva).

Por cierto, la imagen que muestra en su pregunta es muy engañosa. Los rayos no "cambian mágicamente de dirección" en el centro de la lente; en cambio, se refractan tanto en la cara de entrada como en la cara de salida de la lente. Lo siguiente muestra lo que quiero decir (en realidad, los ángulos no están tan dibujados, hay una cosa llamada "aberración esférica" ​​que se ignora aquí, pero espero que entiendas la idea. Dibujé solo los rayos superiores dentro de la lente en rojo; obviamente lo mismo es cierto para la mitad inferior):

ACTUALIZAR para explicar cómo funciona esto para un espejo cóncavo:

Si toma un rayo arbitrario que viaja paralelo al eje horizontal en esta imagen:

Puedes calcular su longitud como

Ahora bien, si queremos establecer la longitud en un valor constante independientemente de$h$, podemos decir

que describe$y$como una función parabólica de$h$. En otras palabras, en un espejo parabólico (convexo), la longitud de la trayectoria de todos los rayos al punto focal es la misma. Entonces, una vez más, habrá una interferencia constructiva en el punto focal.

No tenemos que asumir que la luz va en línea recta cuando está en un material uniforme como el aire o el agua; incluso eso es explicable por el principio general de la teoría cuántica. Parece que la luz va en línea recta.$_1$

La luz realmente no viaja solo en línea recta; 'huele' los caminos vecinos a su alrededor y utiliza un pequeño núcleo de espacio cercano. (De la misma manera, un espejo debe tener el tamaño suficiente para reflejar normalmente: si el espejo es demasiado pequeño para el núcleo de los caminos vecinos, la luz se dispersa en muchas direcciones, sin importar dónde coloque el espejo).$_2$

En la fuente, cada átomo excitado emite luz en un tiempo del orden de$10^{-8}\text{s}$.$_3$Podrían emitir luz en diferentes direcciones y no necesariamente los fotones deberían formar una línea recta.$_4$

Entonces, en mi opinión, siento que no es mejor para mí discutir los rayos paralelos que pasan a través de la lente. En este contexto, seguro que el láser no se considera.

Frase para recordar siempre. "La claridad perfecta beneficiaría al intelecto pero dañaría la voluntad" - Pascal.

Créditos:QED, la extraña teoría de la luz y la materia$_1$Pagina No.53$_2$Pagina No.54-ABC Moderno de la Física$_3$Página No.974.$_4$Referencia necesaria. Los datos están sujetos a modificación y los números de página están sujetos a cambios según las ediciones.