Algunos fenómenos luminosos no pueden explicarse con la aproximación del rayo, es el caso de los fenómenos de interferencia y de difracción.

 

Interferencia

Animación 7. Young.gif. Creative commons.

Desde el siglo XVII, Grimaldi había observado que la luz tenía la capacidad de bordear obstáculos. En el año 1801, Thomas Young realizó la experiencia que lleva su nombre y que demostró la naturaleza ondulatoria de la luz.

Como sabes, la interferencia producida por dos fuentes síncronas da lugar a una serie de máximos y mínimos de interferencia que dependen de la diferencia de caminos recorridos por las ondas. Esto mismo se puede conseguir con dos fuentes luminosas, la dificultad está en conseguir las dos fuentes síncronas, coherentes, es decir, que guarden entre ellas una relación de fase constante en cualquier punto.

Young consiguió las dos fuentes de luz coherentes haciendo pasar la luz por un pequeño orificio antes de que llegara a dos rendijas estrechas. La luz que procede de ambas rendijas es coherente, emiten en fase, y produce una interferencia que puede ser recogida en una pantalla.

Imagen 38. Elaboración propia.

En los puntos que la diferencia de caminos recorridos por las ondas es un número entero de longitudes de onda, r₂- r₁ = n λ con n = 0, 1, 2,..., habrá un máximo de interferencia y en los puntos cuya diferencia de caminos es un número impar de semilongitudes de onda, r₂- r₁ = (2n+1) λ/2 con n = 0, 1, 2,..., habrá un mínimo de interferencia.

La imagen en la pantalla se conoce como patrón de interferencia o diagrama de interferencia y está formada por bandas brillantes separadas por franjas oscuras. Las franjas brillantes corresponden a interferencia constructiva y las oscuras a interferencia destructiva. Si la luz utilizada es blanca, la interferencia produce un diagrama de interferencia para cada color y las posiciones de los máximos y mínimos dependen de la longitud de onda.

La experiencia de Young de la doble rendija se puede utilizar para medir la longitud de onda de la luz.

En efecto, en la figura puedes observar que la diferencia de caminos es, r₂- r₁ = d sin θ. Si las franjas de interferencia las observas en una pantalla situada a una distancia D >> d, sin θ ≈ tag θ ≈ x/D y la posición de dichas franjas puede obtenerse como:

 

con n = 0, 1, 2,... ; con n = 0, 1, 2,....

 

Por lo tanto, la separación entre dos máximos o entre dos mínimos es y midiendo esta separación puedes saber el valor de la longitud de onda de la luz utilizada.

Animación 8. Michael Fowler, Wan-Ching Hui. GNU General Public License.

En la animación puedes ver como las dos ondas procedentes de las dos rendijas se superponen en cada punto de la pantalla. Hay un máximo central que se denomina máximo de orden cero y los laterales que se denominan de primer orden, de segundo orden y así sucesivamente.

Si modificas la longitud de onda (wavelength) puedes ver las franjas correspondientes a los distintos colores. Observa que en el azul están más juntas que en el rojo, lo que confirma la expresión obtenida para la distancia entre dos máximos o dos mínimos de interferencia que es directamente proporcional a la longitud de onda.