Visibilidad interferométrica

La visibilidad interferométrica (también conocida como visibilidad de interferencia o visibilidad de franjas , o simplemente visibilidad cuando se utiliza en contexto) es una medida del contraste de interferencia en cualquier sistema sujeto a superposición de ondas . Algunos ejemplos incluyen la óptica , la mecánica cuántica , las ondas de agua, las ondas sonoras o las señales eléctricas. La visibilidad se define como la relación entre la amplitud del patrón de interferencia y la suma de las potencias de las ondas individuales. La visibilidad interferométrica proporciona una forma práctica de medir la coherencia de dos ondas (o de una onda consigo misma). Una definición teórica de la coherencia viene dada por el grado de coherencia , utilizando el concepto de correlación.

Generalmente, se superponen dos o más ondas y, a medida que varía la diferencia de fase entre ellas, la potencia o intensidad (probabilidad o población en mecánica cuántica ) de la onda resultante oscila, formando un patrón de interferencia. La definición puntual puede ampliarse a una función de visibilidad que varía en el tiempo o el espacio. Por ejemplo, la diferencia de fase varía en función del espacio en un experimento de doble rendija . Alternativamente, la diferencia de fase puede ser controlada manualmente por el operador, por ejemplo, ajustando un nonio en un interferómetro .

En los interferómetros ópticos lineales (como el interferómetro de Mach-Zehnder , el interferómetro de Michelson y el interferómetro de Sagnac ), la interferencia se manifiesta como oscilaciones de intensidad en el tiempo o el espacio, también llamadas franjas . En estas circunstancias, la visibilidad interferométrica también se conoce como "visibilidad de Michelson" ^{[ 1 ]} o "visibilidad de franjas". Para este tipo de interferencia, la suma de las intensidades (potencias) de las dos ondas que interfieren es igual a la intensidad promedio en un dominio de tiempo o espacio dado. La visibilidad se escribe como: ^{[ 2 ]}

${\displaystyle \nu =A/{\bar {I}},}$

en términos de la envolvente de amplitud de la intensidad oscilante y la intensidad promedio:

${\displaystyle A=(I_{\max }-I_{\min })/2,}$

${\displaystyle {\bar {I}}=(I_{\max }+I_{\min })/2.}$

Entonces se puede reescribir como: ^{[ 3 ]}

${\displaystyle \nu ={\frac {I_{\max }-I_{\min }}{I_{\max }+I_{\min }}},}$

donde I _max es la intensidad máxima de las oscilaciones e I _min la intensidad mínima de las oscilaciones.

${\displaystyle I_{max}=I_{1}+I_{2}+2*{\sqrt {I_{1}*I_{2}}}*|\gamma |,}$

${\displaystyle I_{min}=I_{1}+I_{2}-2*{\sqrt {I_{1}*I_{2}}}*|\gamma |,}$

Si los dos campos ópticos son idealmente fuentes puntuales monocromáticas (consisten en una sola longitud de onda) de la misma polarización , entonces la visibilidad prevista será

${\displaystyle \nu ={\frac {2{\sqrt {I_ {1}I_ {2}}}|\gamma |}{I_ {1}+I_ {2}}},}$

dónde${\displaystyle I_{1}}$y${\displaystyle I_{2}}$Indicar la intensidad de la onda correspondiente.${\displaystyle \gamma }$Indica la relación de fase del campo eléctrico original. Cualquier diferencia entre los campos ópticos disminuirá la visibilidad respecto al ideal. En este sentido, la visibilidad es una medida de la coherencia entre dos campos ópticos. Una definición teórica para esto viene dada por el grado de coherencia . Esta definición de interferencia se aplica directamente a la interferencia de las ondas de agua y las señales eléctricas.

Ejemplos

Dado que la ecuación de Schrödinger es una ecuación de onda y todos los objetos pueden considerarse ondas en mecánica cuántica , la interferencia es omnipresente. Algunos ejemplos: los condensados ​​de Bose-Einstein pueden presentar franjas de interferencia. Las poblaciones atómicas muestran interferencia en un interferómetro de Ramsey . Fotones, átomos, electrones, neutrones y moléculas han mostrado interferencia en interferómetros de doble rendija .

• Grado de coherencia
• Interferometría
• Interferometría óptica
• Lista de tipos de interferómetros
• Efecto Hong-Ou-Mandel

• Revisión de Stedman sobre el efecto Sagnac