¿Qué sucede si dos rayos láser chocan entre sí exactamente 180 grados fuera de fase? ¿Se cancelan mutuamente? ¿Existe realmente una pérdida neta de energía entonces?

Estas preguntando dos cosas

1) Si hay una región del espacio donde dos haces están exactamente fuera de fase entre sí, ¿se cancelan entre sí?

Si si tienen una relación de fase definida entre sí. (Lo que significa que su diferencia de fase de 180 grados permanece bloqueada a 180 grados en función del tiempo)

De lo contrario no .

2) ¿Se conserva la energía durante la interferencia?

Si. Por lo tanto, no hay pérdida o ganancia neta de energía.

En la superficie parece que durante la interferencia destructiva (constructiva) se pierde (gana) energía

Dado que, suponiendo haces de amplitud igual, parece que tenemos [matemáticas] E_ {f} = 2E_ {i} [/ matemáticas] para la interferencia constructiva.

Sin embargo, la resolución es que en realidad (en un medio no disipativo) no tiene una región infinita en el espacio donde dos haces se cancelan o amplifican entre sí.

Lo que sí tiene son dos pares de campos eléctricos y magnéticos (vea la figura) para los haces móviles izquierdo y derecho que tienen una superposición finita que cambia con el tiempo.

Cuando simplemente escribe las ecuaciones para este escenario, la energía total integrada en todo el espacio siempre se conserva.

Una manera simplista de entender el resultado sin escribir ecuaciones es notar que en un escenario realista que involucra interferencia pura, la energía perdida por la interferencia destructiva en el campo eléctrico es “compensada” por la interferencia constructiva en el campo magnético. Cuando se resumen las contribuciones de ambos términos en todo el espacio, la energía termina siendo conservada.

La respuesta de Anthony Yeh cubrió el caso donde los rayos láser viajan en direcciones opuestas. (De hecho, lo cubrió mucho más bellamente de lo que voy a hacer aquí para este caso, donde las vigas viajan en la misma dirección)

Sí, si viajan en la misma dirección, y están oscilando exactamente a la misma frecuencia, y las fases difieren en 180 grados, entonces se cancelan. (Nada es perfecto, pero prácticamente se cancelan). No, no se pierde energía.

Aquí hay un ejemplo. (Más aquí: página en upscale.utoronto.ca)
El láser está en la esquina inferior izquierda del diagrama. Dividimos el rayo láser en dos haces iguales, “U” y “D”, en el divisor de haz azul inferior. Luego recombinamos esos dos haces en el divisor de haz azul superior.

Ahora mire el detector de luz “1”. La mitad de esa luz proviene del haz “U” y la otra mitad proviene del haz “D”. Podemos mover un espejo ligeramente para ajustar la fase entre los componentes “U” y “D” de ese haz. Si ajustamos la fase a 180 grados, casi no hay detector de golpes de potencia “1”. Todo el poder golpea el detector “2” en su lugar. Si, en cambio, ajustamos la fase entre los componentes “U” y “D” en el detector “1” a 0 grados, entonces toda la potencia afectará al detector “1” y casi ninguna potencia afectará al detector “2”.

Podemos cambiar la potencia entre las dos patas de salida del interferómetro moviendo uno de los espejos de esa manera. La energía (e incluso el poder) se conservan aquí. Resulta que hay una relación de fase fija entre la potencia transmitida y reflejada en un divisor de haz, y ese cambio de fase se ocupa de la conservación de la potencia.

Esto no es abstracto. Los recubrimientos antirreflectantes baratos en los vidrios funcionan creando dos ondas que casi se cancelan (recubrimiento antirreflectante). También hay cosas de alta tecnología. Puede utilizar esta cancelación controlada por fase para crear moduladores que se hayan utilizado para transmitir información en fibras ópticas. Existen dispositivos ópticos que utilizan interferencia destructiva y constructiva para controlar los espectros láser (“DBR” y “FBG”). Muchos circuitos de microondas también usan ideas similares.