Oubliez les lumières de Noël. Lasers de feu à votre maison à la place

Les lumières de Noël à l'extérieur de votre maison peuvent sembler impressionnantes, mais elles ne sont vraiment pas très amusantes à raconter. Cette année, nous utilisons quelque chose de différent: les lasers. Oui, vous pouvez maintenant ajouter des lumières de Noël à l'extérieur de votre maison avec des lasers. L'idée de base est de coller un petit appareil dans votre jardin qui tire sur les lasers de votre maison pour faire quelques taches. Ces taches ressemblent alors à de petites lumières de bitty. Lorsque la période de Noël est terminée, il suffit de ramasser le laser hors de la cour. Ce n'est pas aussi brillant que vos lumières traditionnelles, mais il est si simple à mettre en place.

Diffraction

Le premier élément de cet appareil est le laser. Je ne vais pas parler de lasers aujourd'hui (mais je le ferai dans le futur) sauf pour dire ce qui suit:

• - Ils produisent principalement une seule couleur de lumière (et donc une longueur d'onde). Ainsi, un laser rouge crée de la lumière avec une longueur d'onde de quelque chose comme 650 nm. Nous appelons cela monochromatique.
• - La lumière produite est cohérente. Cela signifie que toute la lumière produite est en phase telle que vous pourriez la considérer comme une seule onde (avec une longueur d'onde).
• - La lumière laser est collimatée de telle sorte qu'elle se déplace le plus souvent dans une seule direction avec très peu de propagation du faisceau.

Oui, ce sont juste à peu près vrai, mais travaillons avec ça pour le moment.

Alors, comment prenez-vous un laser et avec lui faire beaucoup de taches sur votre maison? La réponse est un réseau de diffraction - qui est essentiellement un dispositif avec de nombreuses super lignes minuscules. Il s'avère que lorsqu'une vague (comme la lumière) passe à travers une ouverture, elle se ré-irradie. Nous appelons cette diffraction. Supposons que j'ai une vague plane qui arrive à une ouverture, voici à quoi cela ressemblerait.

Mais si les vagues et les ouvertures se plient, cela ne signifie-t-il pas que vous pourriez voir autour d'un coin d'une porte? En théorie, oui. En pratique-non. Il s'avère que la quantité de flexion pour les ondes qui traversent une ouverture dépend à la fois de la taille de l'ouverture et de la longueur d'onde de l'onde. Vous obtenez seulement des effets notables lorsque la taille de l'ouverture est de la même taille que la longueur d'onde. Puisque la lumière rouge a une longueur d'onde de 650 nanomètres, vous avez besoin de très petites ouvertures.

Ingérence

Mais que se passe-t-il lorsque deux vagues de sources différentes sont au même endroit et en même temps? C'est ce que nous appelons l'interférence. Il y a deux extrêmes de ce qui peut arriver. Premièrement, il y a une interférence constructive. Si les deux ondes sont en phase de telle sorte que leurs pics sont alignés, alors les amplitudes de ces ondes s'ajouteront et produiront une onde avec deux fois l'amplitude.

L'autre extrême se produit lorsque les deux ondes sont déphasées, de sorte que le pic d'une onde est le contraire de celui de l'autre. C'est ce qu'on appelle une interférence destructive.

Dans ces deux exemples, j'ai les vagues les unes sur les autres. Cependant, il est possible que deux ondes viennent d'endroits différents et interfèrent juste à un certain point dans l'espace. C'est ce que nous aurons avec un réseau de diffraction.

Réseau de diffraction

Il y a toutes sortes de façons d'obtenir de la lumière pour créer un motif d'interférence lorsqu'il brille à travers une ouverture. Permettez-moi de considérer la méthode d'utilisation de plusieurs ouvertures. Ceci est généralement accompli en utilisant une série de lignes super minuscules sur une plaque de verre - appelé un réseau de diffraction.

Si la lumière traverse une série d'ouvertures, cette lumière se diffractera de telle sorte qu'elle s'élargira à mesure qu'elle sortira de la fente. Cette lumière peut être représentée comme différents rayons lumineux. Voici un diagramme montrant la lumière traversant deux fentes adjacentes avec une distance de séparation d et diffractant à un certain angle θ.

En supposant que l'emplacement de cette lumière est très éloigné (comme le côté de ma maison), ces deux chemins lumineux sont essentiellement parallèles et se rejoignent à l'emplacement final (je sais que cela semble difficile, mais croyez-moi, c'est OK). Ici, vous pouvez voir que la lumière de la fente inférieure (path 2) ira un peu plus loin que la lumière de la fente supérieure (path 1). Si cette distance supplémentaire est égale à la moitié de la longueur d'onde de la lumière, alors la lumière le long du trajet 2 sera complètement déphasée. La lumière du chemin 1 et les deux vagues seront complètement annulées à la maison (donc pas de lumière). Si la différence de trajet est une longueur d'onde entière, alors la lumière le long des deux trajets sera en phase et les deux ondes s'ajouteront de manière constructive pour créer un point plus lumineux.

En changeant l'angle que la lumière sort des fentes, vous obtiendrez différentes différences de longueur de trajet. La lumière interférera de façon constructive lorsque cette longueur de trajet est un multiple entier de la longueur d'onde de la lumière. Avec un peu de trig, nous obtenons l'expression suivante.

Donc, vous faites briller une seule longueur d'onde de lumière à travers plusieurs fentes, et boom - vous obtenez un tas de points laser comme ça.

Ici vous pouvez voir le laser, le réseau de diffraction (avec des reflets) et les points sur l'écran. C'est exactement ce que font les lumières lasers de Noël, sauf que le réseau de diffraction n'est pas juste des lignes, c'est quelque chose d'autre pour produire des points lumineux à la fois dans la direction horizontale et verticale.

Mais une fois que vous avez ces points lumineux, vous avez quelque chose qui ressemble beaucoup à des lumières réelles sur votre maison.