INTERACCIONES ENTRE LUZ Y SONIDO

 

 

            La acusto-óptica es el nombre que se le da a una rama de la Física Aplicada que estudia los efectos de las ondas sonoras sobre las ondas luminosas en los medios transparentes a la radiación visible (y su vecindad espectral).

            Los primeros estudios teóricos al respecto son del físico francés Léon Brillouin en 1922[1]. Brillouin trabajó sobre la idea básica del tema: las ondas acústicas en un material transparente producen un campo de densidades variable en el espacio y en el tiempo. La densidad de masa del material participa en el índice de refracción óptico, con lo que resulta modulada la velocidad de fase de la luz en el medio.

            Si bien el campo acústico varía con el tiempo en el interior del material, tanto la velocidad de la luz como su frecuencia son enormemente mayores que las del sonido. Con ello Brillouin dedujo, acertadamente, que el tratamiento matemático del tema se puede abordar despreciando el movimiento del frente de onda acústico durante la interacción con un mismo frente luminoso (interacción sincrónica).

            Otro resultado encontrado por Brillouin es que, con la suposición de que el índice de refracción depende isotrópicamente de la densidad, la luz dispersada tiene la misma polarización que la incidente. Esto es cierto aún para sonidos de gran intensidad, toda vez que las variaciones de presión cambian solamente la densidad de dipolos y no su propio momento dipolar.

            Luego de los trabajos teóricos de Brillouin se necesitaron aún 10 años más para que pudieran efectuarse los primeros experimentos. En 1932 casi simultáneamente los norteamericanos Debye y Sears[2], así como los franceses Lucas y Biquard[3] hicieron las primeras observaciones de la difracción de la luz mediante ondas acústicas.

            Recién el advenimiento del láser a comienzos de la década del 60 ha hecho estos fenómenos más fáciles de observar y ha proporcionado muchas aplicaciones[4],[5]. La mayor parte de ellas reside en la utilización del efecto acusto-óptico para modular rápidamente la luz en diversos casos de trasmisión de señales.

            No obstante, en nuestro laboratorio de acusto-óptica aplicamos este efecto para poder observar y deducir las propiedades de los campos acústicos. Más en general podemos decir que se pueden deducir las variaciones de densidad del medio transparente, debidas a causas cualesquiera (flujos, variaciones térmicas, diferencia de concentraciones, etc.).

Lo único que podemos medir de la luz es su intensidad. De forma que la mayor parte de la tarea de cálculo de la acusto-óptica aplicada, en nuestro caso, radica en aproximar lo mejor posible las expresiones que permiten obtener los valores de los parámetros del medio material, a partir de los valores del campo de intensidades luminosas en una imagen.



[1] Brillouin, L., Ann. Phys. (Paris) 17, 88, (1922)

[2] Debye, P. and Sears, F.W. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S. , 18, 409 (1932)

[3] Lucas, R. and Biquard, P.  J. Phys. Rad. 3, 464 (1932)

[4] Korpel A., Adler R.,Desmares P. and Watson W., Appl. Optics 5, 1967 (1966).

[5] Korpel A., Acousto-optics. Ed. Marcel Dekker, Inc. (1997)