Coherencia o equilibrio de fase de un rayo láser

En las ciencias de la naturaleza, el término coherencia o radiación coherente se refiere a las ondas electromagnéticas que tienen una relación de fase fija en términos de su propagación espacial y temporal. En la vida cotidiana, esta definición teórica y un poco complicada se aplica al rayo de luz generado por una fuente láser.

Terminología

Los rayos láser:

• son ondas electromagnéticas

• suelen tener un rango de frecuencia muy estrecho (emisor de banda estrecha)

• consisten en un rayo de luz con enfoque preciso

• tienen una gran longitud de coherencia, según el tipo de láser.

En la vida cotidiana, los láseres se encuentran en una amplia variedad de aplicaciones. Ya sea en un puntero láser, que a menudo se usa en presentaciones, en herramientas o para leer medios de almacenamiento óptico como Blu-rays o CD, el rayo láser es indispensable en la vida moderna.

El equilibrio de fase

El término coherencia, derivado del latín, significa algo así como "conectado". El término se refiere a propiedades específicas de las ondas electromagnéticas en la física. Estas ondas tienen una relación de fase fija entre dos trenes de ondas. Si esta relación de fase permanece constante, es posible generar un patrón de interferencia estable. Con luz coherente, se hace una distinción adicional entre las características temporales y espaciales. Ambas características pueden ilustrarse bien con un pequeño esquema de pensamiento.

Coherencia temporal

Si usted estuviera parado junto a una onda electromagnética que consta de varios trenes de ondas y la dejara pasar, las relaciones de fase de dos trenes de ondas no cambiarían. Permanecen sin cambios en la dirección de propagación de la onda.

Coherencia espacial

Si hubiera un marco de referencia para la luz y usted se ubicara en él (y conectara el marco de referencia con la onda electromagnética) y mirara perpendicular a la onda, descubriría que los desfases entre dos ondas no cambian.

La diferencia con la luz incoherente

Una fuente de luz ordinaria, por ejemplo, una lámpara de techo, emite luz que se compone de muchos trenes de ondas individuales. Para todas las fuentes de luz natural, los trenes de ondas emitidos no son coherentes. La razón de esto estriba en las fuentes reales de luz: los átomos. Si se emite un único tren de ondas en un proceso de emisión de luz, esto demanda unos 0,0000000001 segundos. A partir de esto se puede calcular la longitud teórica de este tren de ondas: 3 metros. Ahora volvamos al nivel atómico y observemos un átomo que emite un tren de ondas. Nos paramos al lado del camino que recorre la luz y miramos el primer tren de ondas que pasa por nosotros. En algún momento —este período de tiempo no está definido—, el átomo emite el siguiente tren de ondas. Este tren de ondas también tiene "montañas" y "valles" que están en una relación de fase bien establecida pero completamente arbitraria con el primer tren de ondas. Lo mismo se aplica a todos los demás trenes de ondas emitidos. Por esta razón, no existe una relación de fase fija entre los trenes de ondas individuales emitidos por un átomo: cambia de un tren de ondas a otro tren de ondas. Además: las fuentes de luz ordinarias emiten luz con diferentes longitudes de onda. Para trenes de ondas con diferentes longitudes de onda, la diferencia de fase cambia naturalmente. Y: La luz ordinaria no irradia en una dirección paralela, sino en diferentes direcciones.

La luz en fase temporal y espacial de un láser

La luz láser son ondas electromagnéticas que son coherentes tanto temporal como espacialmente. Aquí, se puede ver una relación de fase fija tanto en la dirección de propagación como en dirección perpendicular. En la luz láser, los trenes de ondas individuales son muy largos, al mismo tiempo, los trenes de ondas adyacentes oscilan en un modo común.

Propiedades de la luz láser

Las máquinas láser emiten rayos de luz extremadamente enfocados. Estos corren juntos en línea recta y prácticamente no muestran dispersión. En contraste, hay fuentes de luz convencionales que emiten ondas de luz dispersas en todas las direcciones. Con un rayo láser, todas las ondas de luz son del mismo color. Esta condición también se llama monocromatismo. Durante el movimiento de las ondas de luz en un rayo láser, oscilan en perfecta sincronización.

Clasificación de los láseres en diferentes clases

Los rayos láser pueden ser peligrosos para los humanos dependiendo de la luz emitida. Por lo tanto, las máquinas láser se dividen en diferentes clases de máquinas, por lo que la clasificación la lleva a cabo el fabricante respectivo según DIN EN 60825-1.
La clase 1 se refiere a láseres cuya radiación es completamente inofensiva. De la clase 2 en adelante pueden producirse daños graves en los ojos y la retina, si el rayo láser es apuntado directamente al ojo y la duración del efecto excede los 0,25 segundos. Los láseres de clase 3B son extremadamente peligrosos para los ojos e incluso pueden dañar la piel. Finalmente, la clase 4 se refiere a máquinas cuyos láseres dañan el ojo extremadamente rápido y también son peligrosos para la piel. En este tipo de clase, incluso la radiación dispersa es peligrosa y puede causar incendios o explosiones.