Franjas de interferencia

Cuando dos ondas luminosas de la misma frecuencia, misma amplitud, y en fase llegan al mismo punto en una pantalla, éstas se superimponen, dando lugar a un "patrón de interferencia". Aparecen zonas de iluminación máxima y zonas de iluminación cero. Se le llama ancho de franja a la distancia entre dos franjas brillantes o dos franjas oscuras.

La observación de dichas franjas de interferencia es la prueba irrefutable del comportamiento ondulatorio de la luz. Los experimentos de interferometría de Thomas Young y Agustin Fresnel, a principios del siglo XIX, vinieron a confirmar una teoría ya enunciada un siglo antes por Huygens según la cual la luz se comporta como una onda y no como las partículas, como lo sugería el modelo de partículas de Isaac Newton.

Nota: Sabemos ahora que la luz se comporta tanto como una onda como como un chorro de partículas dependiendo del tipo de experimento. Esto es la dualidad onda-partícula.

Nota: Las escalas de distancia y tiempo no son respetadas.

• Simular los patrones de interferencia en el caso de una onda luminosa.
• Comprender el experimento de las rendijas de Young.
• Saber definir los parámetros que rigen los patrones de interferencia.

Las franjas de interferencia luminosas son difíciles de observar. El dispositivo para el experimento necesita dos fuentes luminosas monocromáticas y coherentes con la misma frecuencia. Por esta razón, a menudo es una sola fuente monocromática colocada a "alta" distancia de una pantalla con dos agujeros/rendijas que permiten simular dos fuentes puntuales distintas. Así fue en el famoso experimento de Young de la doble rendija, en 1801.

El fenómeno de interferencia se produce cuando se superponen dos ondas y la intensidad de su suma no es la suma de sus intensidades. En efecto, el sentido común diría que una pantalla iluminada por dos fuentes debería recibir el doble de intensidad en todo punto, según el principio: luz + luz = 2 veces más luz. Sin embargo, el experimento muestra alternancia entre franjas luminosas y franjas oscuras para las que luz + luz = oscuridad.

Esta paradoja desaparece si consideramos que la luz es, igual que las ondas en la superficie del agua, una onda. En este caso, se prueba que existen puntos donde las vibraciones están en oposición de fase en todo momento. La intensidad total en esos puntos es, por lo tanto, siempre cero. Tales puntos son el lugar de la interferencia destructiva y esas áreas en la pantalla permanecen oscuras.

Entre dos franjas "oscuras" se encuentra una región donde las vibraciones están en fase y la intensidad es el doble. Esos puntos de la pantalla son muy brillantes y son el lugar de la interferencia constructiva.

La distancia entre dos franjas brillantes (o dos franjas oscuras) se denomina ancho de franja.

Esta simulación se relaciona con la animación de interferencia de ondas superficialies en agua. Sin embargo, la frecuencia de una onda luminosa es del orden de 10¹⁵ Hz (en el rango visible) mientras que la de una onda superficial, como las ondas sobre el agua, es del orden de 1 Hz.