Вопрос о деструктивной интерференции

[Stas_Simonov]

Пусть два абсолютно одинаковых лазера (например, полупроводниковых) непрерывно излучают световые лучи, пересекающиеся под прямым углом. В точке пересечения расположена светоделительная (полупрозрачная) пластинка под 45 градусов к обоим лучам так, что отраженный луч от одного лазера не попадает в другой, а накладывается на его луч, проходящий через пластинку.
Если расстояние от лазеров до пластинки будет таким, что отраженные и проходящие лучи наложатся с разностью фаз в 180 градусов, то оба результирующих луча (выходящие из пластинки) будут ослаблены до нуля, или почти до нуля (из-за инструментальных погрешностей). Итак, имеется деструктивная интерференция (ослабление) при отстутствии конструктивной (усиление). Вместе, они перераспределяли бы энергию света. Кроме того, лазеры очевидно не взаимодействуют с отраженным светом, и полностью отдают свою энергию.
Вопрос: Куда уходит энергия обоих лазерных лучей, и как объясняется ее преобразование в другой вид?

[Eiktyrnir]

Stas_Simonov писал(а):

Пусть два абсолютно одинаковых лазера (например, полупроводниковых) непрерывно излучают световые лучи, пересекающиеся под прямым углом. В точке пересечения расположена светоделительная (полупрозрачная) пластинка под 45 градусов к обоим лучам так, что отраженный луч от одного лазера не попадает в другой, а накладывается на его луч, проходящий через пластинку.
Если расстояние от лазеров до пластинки будет таким, что отраженные и проходящие лучи наложатся с разностью фаз в 180 градусов, то оба результирующих луча (выходящие из пластинки) будут ослаблены до нуля, или почти до нуля (из-за инструментальных погрешностей). Итак, имеется деструктивная интерференция (ослабление) при отстутствии конструктивной (усиление). Вместе, они перераспределяли бы энергию света. Кроме того, лазеры очевидно не взаимодействуют с отраженным светом, и полностью отдают свою энергию.
Вопрос: Куда уходит энергия обоих лазерных лучей, и как объясняется ее преобразование в другой вид?

Смею предположить, что если не в световую энергию (в результате деструктивной интерференции о которой идет речь), то наверное в тепловую - может быть в нагрев стенок пластинки.

[Victor Orlov]

Stas_Simonov писал(а):

Пусть два абсолютно одинаковых лазера (например, полупроводниковых) непрерывно излучают световые лучи, пересекающиеся под прямым углом. В точке пересечения расположена светоделительная (полупрозрачная) пластинка под 45 градусов к обоим лучам так, что отраженный луч от одного лазера не попадает в другой, а накладывается на его луч, проходящий через пластинку.
Если расстояние от лазеров до пластинки будет таким, что отраженные и проходящие лучи наложатся с разностью фаз в 180 градусов, то оба результирующих луча (выходящие из пластинки) будут ослаблены до нуля, или почти до нуля (из-за инструментальных погрешностей). Итак, имеется деструктивная интерференция (ослабление) при отстутствии конструктивной (усиление). Вместе, они перераспределяли бы энергию света. Кроме того, лазеры очевидно не взаимодействуют с отраженным светом, и полностью отдают свою энергию.
Вопрос: Куда уходит энергия обоих лазерных лучей, и как объясняется ее преобразование в другой вид?

Могу предположить, что энергия никуда не уходит, а продолжает двигатся в лазерных лучах, но со сдвигом фаз в 180 град.. И если пронаблюдать эти лучи через миллион км. то дополнительный сдвиг фаз приведет к тому, что оба луча уже будут иметь разность фаз отличную от 180 и энергию лучей можно будет измерить, и убедится, что она не уменьшилась.

[Stas_Simonov]

Victor Orlov писал(а):

Могу предположить, что энергия никуда не уходит, а продолжает двигатся в лазерных лучах, но со сдвигом фаз в 180 град.. И если пронаблюдать эти лучи через миллион км. то дополнительный сдвиг фаз приведет к тому, что оба луча уже будут иметь разность фаз отличную от 180 и энергию лучей можно будет измерить, и убедится, что она не уменьшилась.

Пусть измеряющий фотоприемник (например, фотодиод) поглощает всю энергию света полностью без отражения и пропускания насквозь. Тогда какой уровень мощности он покажет вблизи пластинки? Если сумму мощностей обоих лучей, то значит фотодиоды способны регистрировать некую "скрытую" невидимую энергию? А если мощность результирующего слабого луча, то тогда где остальная мощность?

[Freude]

А как фотодиод может померять мощность одновременно пучка, который на него падает и который двигается в противоположном направлении, относительно падающего пучка?

[Stas_Simonov]

Eiktyrnir писал(а):

Смею предположить, что если не в световую энергию (в результате деструктивной интерференции о которой идет речь), то наверное в тепловую - может быть в нагрев стенок пластинки.

Мне известна такая теория теплового действия света: Колебания электромагнитного поля (в световой волне) передаются электронам и ядрам атомов вещества, повышая его внутреннюю энергию.
В данном случае естественное поглощение света пластинкой минимально, а результирующие лучи имеют слабое или нулевое электромагнитное поле. Тогда как образуется тепло?

Добавлено спустя 10 минут 10 секунд:

Freude писал(а):

А как фотодиод может померять мощность одновременно пучка, который на него падает и который двигается в противоположном направлении, относительно падающего пучка?

Речь шла о том, что лучи идут в одном направлении по одной линии. К условию задачи нужно еще добавить, что исходные лучи поляризованы в одном направлении.

[Victor Orlov]

Stas_Simonov писал(а):

Victor Orlov писал(а):

Могу предположить, что энергия никуда не уходит, а продолжает двигатся в лазерных лучах, но со сдвигом фаз в 180 град.. И если пронаблюдать эти лучи через миллион км. то дополнительный сдвиг фаз приведет к тому, что оба луча уже будут иметь разность фаз отличную от 180 и энергию лучей можно будет измерить, и убедится, что она не уменьшилась.

Пусть измеряющий фотоприемник (например, фотодиод) поглощает всю энергию света полностью без отражения и пропускания насквозь. Тогда какой уровень мощности он покажет вблизи пластинки? Если сумму мощностей обоих лучей, то значит фотодиоды способны регистрировать некую "скрытую" невидимую энергию? А если мощность результирующего слабого луча, то тогда где остальная мощность?

Насколько я понимаю, интерференция - это не взаимодействие двух эл.волн между собой, но взаимодействие двух эл.волн с веществом(зарядами). Поэтому ничего удивительного, если при сдвиге фаз в 180 град детектор энергии волн не обнаружит. Но энергия от этого никуда не делась, просто она в минимуме интерференции недоступна детектору.
Кстати, интересный вопрос, как будет выглядеть уравнение Максвелла, когда в пространстве вроде бы нет эл. волн(по показаниям детектора) но в то же время эти волны есть, что можно увидеть, проследив пучки дальше, когда рассогласование фаз разрушит интерференцию.

[Stas_Simonov]

Victor Orlov писал(а):

Насколько я понимаю, интерференция - это не взаимодействие двух эл.волн между собой, но взаимодействие двух эл.волн с веществом(зарядами). Поэтому ничего удивительного, если при сдвиге фаз в 180 град детектор энергии волн не обнаружит. Но энергия от этого никуда не делась, просто она в минимуме интерференции недоступна детектору.

Взаимодействие с веществом(зарядами): Пусть детектором будет очень чувствительный фотодиод, у которого область p-n перехода достаточно большая и плотная, чтобы поглотить все или почти все проникающее в нее излучение. То есть почти каждый фотон создаст пару "дырка"-электрон, становящуюся частью фототока. И только малая часть энергии пройдет насквозь или поглотится еще где-то.
Что тогда наблюдать дальше, за детектором? Есть ли для света особые законы, позволяющие проникать сквозь препятствия?

[Victor Orlov]

Stas_Simonov писал(а):

Victor Orlov писал(а):

Насколько я понимаю, интерференция - это не взаимодействие двух эл.волн между собой, но взаимодействие двух эл.волн с веществом(зарядами). Поэтому ничего удивительного, если при сдвиге фаз в 180 град детектор энергии волн не обнаружит. Но энергия от этого никуда не делась, просто она в минимуме интерференции недоступна детектору.

Взаимодействие с веществом(зарядами): Пусть детектором будет очень чувствительный фотодиод, у которого область p-n перехода достаточно большая и плотная, чтобы поглотить все или почти все проникающее в нее излучение. То есть почти каждый фотон создаст пару "дырка"-электрон, становящуюся частью фототока. И только малая часть энергии пройдет насквозь или поглотится еще где-то.
Что тогда наблюдать дальше, за детектором? Есть ли для света особые законы, позволяющие проникать сквозь препятствия?

Интересный вопрос! Не исключено, что сквозь тонкие металлические пленки, поглощающие
обычный свет, в интерференционном минимуме свет будет проходить. Кажется, даже экспериментально это подтверждено.
Правда, выглядит все это немного безумно. Представьте, Вы стоите перед непрозрачной стеной, освещая ее одним источником света, но стоит осветить непрозрачную стену еще одним источником света, и стена станет прозрачной!

[Vladimir Dubrovskii]

Сильно сомневаюсь, что такую ситуацию можно реализовать. Это чисто умозрительная ситуация, не подкрепленная ни одним расчетом, ни хотя бы минимальной оценкой. Поэтому, скорее всего, если удасться погасить луч по одному направлению, то по другому его интенсивность возрастет в два раза и наоборот. Если, все же, такую ситуацию действительно можно реализовать, то это означает только одно - вся энергия поглощается пластинкой.

Добавлено спустя 47 минут 16 секунд:

Только лазер нужно брать один, а не два, а сплитеров как раз два, и еще две линзы полного внутреннего отражения. А главное нужно иметь высоко-прецизионную оптическую механику.
То Stas_Simonov Красивый опыт. Сами придумали, или где-то прочитали? Не будете ли так любезны указать ссылку, если имеется и не затруднит.

[Stas_Simonov]

Victor Orlov писал(а):

Не исключено, что сквозь тонкие металлические пленки, поглощающие обычный свет, в интерференционном минимуме свет будет проходить. Кажется, даже экспериментально это подтверждено.

Пленка в данном случае полупроводниковая. Хотелось бы узнать, чьи это эксперименты привели к проникновению света сквозь непроницаемую стену.

[Victor Orlov]

Stas_Simonov писал(а):

Victor Orlov писал(а):

Не исключено, что сквозь тонкие металлические пленки, поглощающие обычный свет, в интерференционном минимуме свет будет проходить. Кажется, даже экспериментально это подтверждено.

Пленка в данном случае полупроводниковая. Хотелось бы узнать, чьи это эксперименты привели к проникновению света сквозь непроницаемую стену.

Сейчас я не готов дать точный ответ. Но была на эту тему дискуссия " Исчезновение энергии при интерференциив" в http://forum.dubinushka.ru/index.php?sh ... 568&st=120
начиная с сообщения №123
Плохо только, что эта тема была по непонятной причине внезапно закрыта, так что наиболее важные вещи не были обсуждены до конца.

[Stas_Simonov]

Vladimir Dubrovskii писал(а):

Только лазер нужно брать один, а не два, а сплитеров как раз два, и еще две линзы полного внутреннего отражения. А главное нужно иметь высоко-прецизионную оптическую механику.
То Stas_Simonov Красивый опыт. Сами придумали, или где-то прочитали? Не будете ли так любезны указать ссылку, если имеется и не затруднит.

Конечно, в настоящих интерферометрах применяют один лазер с системой сплиттеров и зеркал. Здесь я упростил для простоты описания и наглядности.
Точное измерение разности фаз лучей применяется в лазерных и волоконно-оптических гироскопах, то есть технология такого уровня существует.
Задачу я придумал сам. Может быть еще не все науке известно об электромагнитных волнах? И поглощение энергии пластинкой (в виде тепла, наверное) неясно выглядит (см. выше мой ответ Eiktyrnir).

[Eiktyrnir]

Stas_Simonov писал(а):

Конечно, в настоящих интерферометрах применяют один лазер с системой сплиттеров и зеркал. Здесь я упростил для простоты описания и наглядности.
Точное измерение разности фаз лучей применяется в лазерных и волоконно-оптических гироскопах, то есть технология такого уровня существует.
Задачу я придумал сам. Может быть еще не все науке известно об электромагнитных волнах? И поглощение энергии пластинкой (в виде тепла, наверное) неясно выглядит (см. выше мой ответ Eiktyrnir).

Ваш ответ я прочел. Здесь все-таки (на мой взгляд) речь идет о так называемых метаматериалах в которых возможно осуществить либо полное поглощение света, либо полное отражение, либо полное прохождение света через метаматериал (если не ошибаюсь период дифракционной решетки должен быть в этом случае кратным $\lambda$/4, , где $\lambda$ - длина волны света). Складывается впечатление, что при деструктивной интерференции энергия световой волны компенсируется либо на рассеивание за счет расходимости самого пучка (ввиду особенностей материала из которого состоит решетка сквозь которую она проходит), а также за счет нагрева материала (превращения в тепло - о возможности которого вы говорили - сказав что только малая часть света подвергается такому "превращению") и еще (как вариант) за счет поглощения световой волны (а точнее ее энергии) атомами вещества, которые тем самым могут перейти в возбужденное состояние... Все эти факторы в купе приводят к частичной потере световой энергии волны.

[Victor Orlov]

Eiktyrnir писал(а):

Stas_Simonov писал(а):

Конечно, в настоящих интерферометрах применяют один лазер с системой сплиттеров и зеркал. Здесь я упростил для простоты описания и наглядности.
Точное измерение разности фаз лучей применяется в лазерных и волоконно-оптических гироскопах, то есть технология такого уровня существует.
Задачу я придумал сам. Может быть еще не все науке известно об электромагнитных волнах? И поглощение энергии пластинкой (в виде тепла, наверное) неясно выглядит (см. выше мой ответ Eiktyrnir).

Ваш ответ я прочел. Здесь все-таки (на мой взгляд) речь идет о так называемых метаматериалах в которых возможно осуществить либо полное поглощение света, либо полное отражение, либо полное прохождение света через метаматериал (если не ошибаюсь период дифракционной решетки должен быть в этом случае кратным $\lambda$/4, , где $\lambda$ - длина волны света). Складывается впечатление, что при деструктивной интерференции энергия световой волны компенсируется либо на рассеивание за счет расходимости самого пучка (ввиду особенностей материала из которого состоит решетка сквозь которую она проходит), а также за счет нагрева материала (превращения в тепло - о возможности которого вы говорили - сказав что только малая часть света подвергается такому "превращению") и еще (как вариант) за счет поглощения световой волны (а точнее ее энергии) атомами вещества, которые тем самым могут перейти в возбужденное состояние... Все эти факторы в купе приводят к частичной потере световой энергии волны.

Прежде всего хочу повторить - что деструктивной интерференции энергия света не поглощается и не рассеивается, но движется дальше, и эту энергию вполне можно померять на значительном расстоянии от источника света, когда два луча перестанут быть противофазными, выйдя из пределов когерентности.

С веществом, как мне кажется, все гораздо сложнее. Похоже, что даже самые обычные материалы будут по-разному взаимодействовать(пропускать или поглощать) свет, в зависимости от того, является ли этот свет просто светом, или представляет противофазное наложение двух лазерных лучей.
Я вот подумал тут сам себе - быть может в формулу, описыващую поглощение света в веществе, надо внести поправку для величины поглощения такой смеси противофазных волны?