Si un láser viaja a través de un vacío perfecto, permanecerá coherente para siempre. (La respuesta de Anthony sobre la longitud de coherencia es un fenómeno independiente y es engañoso).
Sin embargo, si un láser viaja a través de la materia, es muy diferente. Tengo que preocuparme por esto todos los días en mi investigación.
La dispersión provoca decoherencia:
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Cuando un rayo láser viaja a través del aire, el agua o cualquier otro medio, parte de la luz “se dispersa” de las moléculas por las que viaja. Esto también sucede con la luz normal y es lo que le permite ver las cosas. La luz que golpea un árbol se dispersará de la corteza, y parte de esa luz terminará en su ojo.
Este proceso de dispersión es completamente aleatorio. A medida que el láser viaja, cada vez más se pierde por la dispersión. La luz dispersa es completamente incoherente. Eventualmente, toda la luz láser se perderá debido a la dispersión, dependiendo de la frecuencia con que se produzca la dispersión. En líquidos, esta longitud de dispersión es a menudo muy corta (metros), aunque en el aire puede ser bastante larga (millas). Para sólidos como una persona o un árbol, es MUY corto (micras), y es por eso que podemos ver la superficie de los objetos sólidos.
Cómo esto afecta a la microscopía:
Trabajo en un laboratorio de microscopía láser, desarrollando nuevos y mejores sistemas de microscopía para ser utilizados en biología y medicina. Me preocupa la dispersión y la decoherencia de la luz láser todos los días. Uno de los objetivos de mi laboratorio es obtener imágenes debajo de la superficie del tejido humano. Tenemos formas de hacer esto, pero podemos llegar apenas a un milímetro de profundidad. ¿Por qué? ¡Por la dispersión! Brillamos nuestro láser sobre una celda un milímetro debajo de la superficie, pero la mayor parte de la potencia del láser se dispersa cuando llega allí. Esta luz decoherente es completamente aleatoria y crea una gran señal de fondo que elimina la señal que nos interesa. Cuanto más profundizamos, mayor es el problema de dispersión.
Cómo esto afecta a los submarinos:
El hecho de que los láseres pierdan coherencia en el agua debido a la dispersión, combinado con el hecho de que el agua absorbe la mayoría de las longitudes de onda más largas, es la razón por la cual los submarinos necesitan emerger para comunicarse. Los láseres o cualquier otra forma de radiación electromagnética coherente simplemente no pueden viajar muy lejos en el océano. Para comunicarse, un submarino debe salir a la superficie y transmitir a través del aire. ¡Cualquiera que pueda encontrar una solución para esto se convertirá en una persona muy rica!
