Difracción de la luz: descripción, aplicaciones, ejemplos
La difracción de la luz es el nombre que recibe la distorsión de un haz luminoso cuando incide sobre un objeto pequeño o una pequeña abertura en una pantalla. Fue el italiano Francesco Maria Grimaldi quién le dio el nombre de difracción a este fenómeno y el primero en estudiarlo en 1665.
Cuando el objeto o la ranura que intercepta el haz luminoso es del orden de las décimas de milímetro o menos, la sombra proyectada no es precisa. Más bien se difunde alrededor de la que debería ser su sombra geométrica. Eso se debe a que el haz luminoso se desvía y se esparce en los bordes del obstáculo.
La figura superior muestra un patrón muy particular de zonas claras y oscuras que se alternan. Lo produce la luz de un puntero láser (longitud de onda 650 nm) al pasar por una ranura cuadrada de 0,1mm x 0,1mm y se proyecta sobre una pantalla.
Este fenómeno de formación de patrones también se observa en las ondas sonoras y en las ondas sobre la superficie del agua, así como en las ondas de radio y en los rayos X. Por eso sabemos que es un fenómeno eminentemente ondulatorio.
Índice del artículo
- 1 Descripción del fenómeno de difracción
- 2 Aplicaciones de la difracción de la luz
- 3 Ejemplos cotidianos de la difracción
- 4 Referencias
En un haz de luz monocromático (que contiene una sola longitud de onda) como la luz del láser, la difracción del haz luminoso incidente sobre el obstáculo forma un patrón de bandas claras y oscuras al proyectarse sobre una pantalla.
A esta disposición de zonas claras y oscuras se le llama patrón de difracción.
La difracción se explica en forma clásica, de acuerdo al principio de Fresnel – Huygens.
Proviene de la superposición de las ondas esféricas emanadas desde el borde del obstáculo y de los otros puntos del frente de onda que colinda con los bordes, de modo tal que se produce una interferencia entre las ondas proveniente de este conjunto de fuentes secundarias.
Cuando dos o más ondas coinciden en un mismo lugar del espacio, ocurre la interferencia entre ellas. Puede suceder entonces que sus respectivas amplitudes se suman o se restan, después de lo cual cada una sigue su camino.
Todo depende de si las ondas coinciden en fase. Si es así, las amplitudes se suman, mientras que en aquellos lugares donde las ondas están en desfase o en contrafase, la amplitud disminuye o se anula.
Es por ello que el patrón de difracción tiene zonas iluminadas y otras oscuras.
A diferencia del fenómeno de interferencia luminosa, en el que el número de fuentes de ondas es de dos o tres, en el caso de la difracción el número de fuentes secundarias de ondas esféricas es muy grande y tiende a formar un continuo de fuentes.
La interferencia ondulatoria en la difracción es más notable si la fuente tiene una sola longitud de onda y todos los fotones que conforman el haz luminoso están en fase, como es el caso de la luz proveniente de un láser.
La interferometría de moteado es una de las aplicaciones prácticas del fenómeno de difracción luminosa.
Cuando una superficie se ilumina con luz láser, los frentes de onda de la luz reflejada en la superficie están en fase, pero se desfasan después de recorrer el camino hasta la placa o pantalla sobre la que se registra la imagen.
Allí se produce un patrón de difracción con aspecto moteado (speckle en inglés), que da información de la superficie de la cual provienen los fotones reflejados.
De esta forma pueden detectarse fallas o fracturas en una pieza, que difícilmente serían visibles a simple vista.
El conocimiento de los patrones de difracción presentes en las imágenes fotográficas o digitales de objetos astronómicos: estrellas o asteroides, sirve para mejorar la resolución de las imágenes astronómicas.
La técnica consiste en recopilar gran cantidad de imágenes del mismo objeto que individualmente son de poca definición o brillo.
Luego, al ser procesadas computacionalmente y extrayendo el ruido proveniente de la difracción, dan como resultado una imagen de mayor resolución.
Así se logra mostrar detalles que antes quedaban enmascarados en los originales, debido precisamente a la difracción luminosa.
La difracción es un fenómeno que seguramente casi todos observamos, pero no siempre identificamos propiamente su origen. Aquí tenemos algunos ejemplos:
El arcoiris es causado principalmente por la superposición de las ondas refractadas y reflejadas en el interior de la finas gotas de agua.
Ellas conforman un conjunto muy grande de fuentes luminosas secundarias, cuyas ondas interfieren formando el colorido patrón del arcoiris que tanto admiramos después de la lluvia.
La luz que rebota de un CD o de un DVD también forma unos llamativos patrones coloridos. Tienen su origen en el fenómeno de la difracción de la luz reflejada por los surcos sub-milimétricos que conforman las pistas.
El holograma que suele aparecer en las tarjetas de crédito y en productos de marca, forma una imagen tridimensional.
Se debe a la superposición de las ondas provenientes de las innumerables puntos reflejantes impresos. Tales puntos no están distribuidos al azar, sino que se formaron mediante el patrón de difracción del objeto original, el cual fue iluminado con luz láser y grabado después en una placa fotográfica.
En ocasiones se pueden ver halos o anillos alrededor del Sol o de la Luna.
Se forman gracias a que la luz proveniente de estos cuerpos celestes rebota o se refleja en una innumerable cantidad de partículas o cristales formada en la atmósfera superior.
Ellas actúan a su vez como fuentes secundarias y su superposición da lugar al patrón de difracción que forma el halo celestial.
La iridiscencia de algunas superficies como las pompas de jabón, o las alas translúcidas de algunos insectos, se explica mediante la difracción luminosa. En estas superficies los tonos y colores de luz observados varían dependiendo del ángulo de observación.
Los fotones reflejados en las capas delgadas semi-transparentes constituyen un conjunto grande de fuente luminosas que interfieren constructiva o destructivamente.
Forman así los patrones correspondientes a las distintas longitudes de onda o colores, de los que se compone la luz de la fuente original.
De modo que solo se observan las longitudes de onda provenientes de ciertas trayectorias: las que van desde los puntos reflejados, hasta el ojo del observador y que tengan una diferencia entera de longitudes de onda.
Las longitudes de onda que no cumplan este requerimiento se cancelan y no pueden ser observadas.
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