Kan man vende fasen for lys?

En læser spørger Scientariet, om det er muligt at vende fasen for lys på samme måde, som når man benytter støjeliminerende hovedtelefoner.

Kim Liebum spørger:

Jeg har et par hovedtelefoner der kan eliminere baggrundsstøjen rimeligt effektivt. Det sker vel ved at de måler omgivelsesstøjen og vender fasen og dermed udbalancerer de to signaler hinanden. I praksis virker det naturligvis ikke 100 procent, men er som nævnt rimeligt effektivt hvis man fx kører bil eller sidder i et fly.

Nu tænker jeg på om det samme kan lade sig gøre med lys? og hvis det kan (andet i end teorien) hvad kan det så bruges til?

Ingeniørens teknologiredaktør, Jens Ramskov, svarer:

Som spørgeren gør opmærksom på, leverer hovedtelefoner foruden den ønskede lyd også et lydsignal, der er en kopi af det lydsignal, som findes i omgivelserne, og som opfanges af mikrofoner i hovedtelefonerne.

Kopisignalet sendes blot ved omvendt fase. Hvis støjen i omgivelserne er konstant, gør det ikke noget, at der er en lille tidsforsinkelse mellem signalet fra omgivelserne og kopisignalet med den modsatte fase. De to signaler vil interferere med hinanden og næsten udslukke hinanden. Er omgivelsesstøjen ikke konstant i frekvens, er princippet dog mindre velegnet. Når man sidder i et fly, vil den konstante motorstøj derfor reduceres, mens en højtsnakkende medpassagerer stadig vil forstyrre.

Aktiv støjreduktion er smart, da ellers vi skulle pakke ørene godt ind for ikke at høre lyden i omgivelserne.

Det er noget andet med synet, som er let at pakke ind. Det er simpelt at tage at par aktive briller på, som helt lukker af for omgivelserne og samtidigt sender et ønsket billede direkte ind på øjnene. Blot ved at se koncentreret på en skærm kan man fjerne mange forstyrrende lyssignaler. Det er slet ikke brug for aktiv lysreduktion, som der er brug for aktiv lydreduktion. Det er ganske praktisk, for lys, der udsendes fra elektriske pærer eller fra Solen, er ikke velordnet - det har ingen koheræns - og kan derfor ikke fasemanipuleres til at udslukke sig selv.

Men i andre situationer er fasevending af lys nu ikke uinteressant, og det er tilmed ganske enkelt, så længe der er tale om optiske signaler af konstant frekvens eller bølgelængde - altså lasersignaler.

Man kan styre fasen af lys ved styre den optiske vejlængde, som er produktet af den fysiske vejlængde og materialets brydningsindeks. Den teknik udnyttes bl.a. i en lang række måleinstrumenter, og det er et område, hvor både danske firmaer og forskere står stærkt.

Dokumentation

Læs og stil spørgsmål til Scientariet

Kommentarer (19)

Det er da overdrev, at vende fasen for at opnå mørke. Dette kunne gøres i nogen grad med et vilkårligt sort materiale. Vil man derimod bare sænke energien i lyset, kunne man jo sende det igennem et (farve)filter. og væk ville alle uønskede "ubehagelige" farver være.
Det er meget svært at beskrive en fornuftig måde, at fjerne/afbøje lyset, når man ikke kender til den praktiske anvendelse.
Jeg kender ikke nogen praktiske situationer, som kræver mørke, der ikke kan løses med et skyggende materiale.

mvh.

  • 0
  • 0

Det er også noget nemmere at "overhale" lyden med en elektronisk databehandling. Når lysdataene er behandlet er lyses ligesom allerede videre, så det vil kun kunne virke på en konstant ensartet lyskilde, dem er der ikke mange af i naturen.

  • 0
  • 0

Som jeg forstår spørgsmålet, vil spørgeren gerne vide, om man kan skabe mørke ved at udsende lys med samme frekvensspektrum som den oprindelige lyskilde, men i modfase.

Så vidt min forståelse af kvantemekanikken rækker, er dette grundlæggende umuligt. Det er måske værd at huske på at lys nok ser ud som bølger i visse situationer, men rent faktisk /er/ en form for partikler.

  • 0
  • 0

Som jeg forstår spørgsmålet, vil spørgeren gerne vide, om man kan skabe mørke ved at udsende lys med samme frekvensspektrum som den oprindelige lyskilde, men i modfase.

Sådan forstår jeg også spørgsmålet. Det kan kun lade sig gøre med 2 laserstråler som er næsten paralelle. Et stykke ude krydser de hinanden, og hvis de er i modface, vil der være mørke der hvor de krydser. Længer ude hvor de har krydset, vil de igen være som før.

  • 0
  • 0

Jeg synes det er et genialt spørgsmål.
- for at forstå, skal man nogle gange forstå noget andet, først.
Spørgsmålet er imidlertid så specifikt at jeg ikke vil kloge mig på det præcise emne - der skal forstås ret meget andet først og der skal spørges ind til en del facts så spørgeren kan få det helt rigtige svar.

Inden man begiver sig ud af vejen skal facts om lys klarlægges - ikke hvordan lys opfører sig, men præcist hvad lys ér, og hvorfor det er lys - det optiske begreb eller det kvanteoretiske begreb - og om man skal stille de to begreber i hinandens forlængelse.

  • 0
  • 0

Et dobbeltspalteforsøg som skaber et interferensmønster laver netop mørke på nogle områder, nemlig der hvor fasen er modsat fra de to spalter. En praktisk anvendelse kan jeg dog ikke få øje på, hvis det da ikke på en eller anden måde indgår i holografi.

  • 0
  • 0

Et dobbeltspalteforsøg som skaber et interferensmønster laver netop mørke på nogle områder, nemlig der hvor fasen er modsat fra de to spalter.

Det her ligger uden for mit vidensområde, men - i dobbeltspalteforsøget, er lysintensiteten da ikke tilsvarende højere i de lyse områder? De mørke områder skyldes at fotonerne ikke rammer dér, men fotonerne - energien - forsvinder vel ikke på den måde, som den gør med lyd.

I øvrigt, jeg tror, man kan lade to laserstråler fylde det samme felt ved hjælp af halvgennemsigtige spejle - man behøver ikke bare lade dem krydse hinanden.

Kvantemekanik er svært at forstå, men forunderligt. Måske ville spørgeren være interesseret i at se disse legendariske foredrag af Richard Feynman:

http://vega.org.uk/video/subseries/8

En praktisk anvendelse kan jeg dog ikke få øje på, hvis det da ikke på en eller anden måde indgår i holografi.

Ja, men interferens mellem laserstråler har vist sig som et fantastisk værktøj med mange anvendelsesmuligheder - især inden for måling.

  • 0
  • 0

Du ved det måske ikke, men du benytter dig af det lige nu.
Et Mach-Zehnder interferometer er måske den mest anvendte optiske modulator. Det er opbygget af en optisk splitter, efterfulgt af elektro-optisk komponent på den ene side. Sådan en styrer brydnings-indekset og dermed lysets hastighed. På denne måde opnås en faseforskel imellem de to sider af splitteren. Når disse to sider samles igen i en optisk combiner, opnås amplitude modulation, som anvendes i stort set alle optiske link, som vores fantastiske internet er opbygget af.
Og Når man ønsker en bitrate på 1, 10 eller 100 Gbps, så er et mekanisk system med en tilfældigt sort overflade ikke hurtigt nok.

  • 0
  • 0

Hvis du forsøger at udslukke lys, vil lyset forsvinde et andet sted hen.

I det punkt, som du søger at slukke lyset, kan du få det til at forsvinde, ved at blande det med lys i modfase. Men, lyset vil til gengæld, få større amplitude et andet sted. Der sker intet energitab, og energien må derfor "opstå" et andet sted.

Ledes lyset igennem et hul, så kan du opnå at lyset rammer ved siden af hullet når du søger at udslukke det i hullet, og derved absorberes af det omkringlæggende materiale. På den måde, er muligt at udslukke lyset.

Reelt, så slukkes det ikke, men "skubbes", og som eksempel absorberes af et materiale, eller sendes et andet sted hen. Der vil altid være energibevarelse, og et eller andet sted, vil energien afsættes.

Skulle det lykkedes, at udslukke lyset totalt, uden det absorberes et sted - så er noget galt. Men, måske er lyset gået tilbage i laseren, og har slukket den.

  • 0
  • 0

Diskussionen omkring fasen af lys er OK. Dog er der en anden effekt, der er relateret til fasemanipulation af lys: optisk fasekonjugering. Et optisk felt, fx. et laserfelt kan konjugeres i en ulineær proces, der finder sted i en krystal med bestemte symmetriegenskaber. Flere forskellige krystaller kan benyttes. Normalt er indfaldsvinkel den samme som udfaldsvinkel i en spejlende proces. I en fasekonjugering sendes strålen tilbage i samme retning som indfaldsstrålen.

  • 0
  • 0

At 'vende' fasen kan nok ikke lade sig gøre, på samme måde som man ikke kan vende fasen for lyd.

Men på samme måde som lyd, kan man 'ophæve' effekten ved at kombinere to 'stråler' i modfase.

  • 0
  • 0

@Stig
Som jeg skriver i mit svar til indgangsspørgsmålet, kan man meget kort fortalt "vende fasen" for koherænt lys (laserlys), men ikke for inkoherænt lys (sollys, el-pærer).

Dertil kommer andre interessante og beslægtede fænomener herunder fasekonjugering, som Ove Poulsen gør opmærksom på.

  • 0
  • 0

@Stig Som jeg skriver i mit svar til indgangsspørgsmålet, kan man meget kort fortalt "vende fasen" for koherænt lys (laserlys), men ikke for inkoherænt lys (sollys, el-pærer). Dertil kommer andre interessante og beslægtede fænomener herunder fasekonjugering, som Ove Poulsen gør opmærksom på.

Vi er ikke uenige, Jens.

Jeg er nok ude i lidt 'insekterotik', for man kan ikke vende fasen, men man kan fabrikere to modsat rettede faser (via reflektioner).

Nu går vi virkelig ned i fluekn*pperiet, men jeg vil nedlægge den påstand, at HVIS man kunne frembringe 2 identiske, men modsat (fase) rettede, lyskilder, så vil de ophæve hinanden.

Jeg ved godt det er fysisk umuligt når vi snakker inkoherænt lys, og det er også særdeles svært at 'spejle' et arbitrært lydspektrum.

Vi har dog den fordel, at 'lydmæssigt' kan vi observere, manipulere, og 'spejle' emmisionssprektrummet, men 'lysmæssigt' bliver det ikke i min levetid - if ever..

  • 0
  • 0

to blondiner, kommer ind i et bælgmørkr rum, den ene siger, her er godt nok mørkt,hvorpå den anden replicerer,- ja lyset må have været slukket meget længe.

  • 0
  • 0

Som jeg forstår spørgsmålet, bruges princippet ved antirefleksbehandling af optiske overflader.
En klassisk antirefleks består af et pådampet fluoritlag med et brydningsindex imellem luft og det pågældende glas (kvadratroden af n1 x n2). det giver godt nok to overflader men begge med nedsat reflektion, desuden giver man laget en tykkelse på 1/4 bølgelængde af f.eks. det røde lys, hvilket giver en faseforskydning af de to reflekser, som "slukker" den røde del af refleksen.hvilket samtidig forklarer hvorfor ældre fotoobjektiver har en blå restrefleks.

  • 0
  • 0

Jeg er nok ude i lidt 'insekterotik', for man kan ikke _vende_ fasen, men man kan fabrikere to modsat rettede faser (via reflektioner).

Det er ret præcis det, som sker i eksemplet med Mach-Zehnder (uden refleksion, men en power-splitter), hvor et lys beam deles op og den ene del forsinkes. Afhængigt af denne forsinkelse kan en vilkårlig fase forskel opnås, men det er klart, at man ikke kan snakke om en fasevending uden en reference.

Hvis de to dele af det oprindelige lys forskydes 180 gr i forhold til hinanden og derefter kombineres igen, udligner de hinanden. Ikke kun lokalt, men fremover. Så kan man fundere over, hvor energien blev af. Det er det, som gør interferiometri forvirrende. Vi er vant til at lys adderes på effekt(intensitet)-niveau, men coherent lys adderes på felt niveau og så går regnestykket op. Der skal nok blive afsat varme et sted.

  • 0
  • 0

Så kan man fundere over, hvor energien blev af.

Ja, og på samme måde som det oprindeligt nævnte, så kan man placere 2 højttalere, og udsende lyd i modfase.
Begge højttalere bliver tilført (elektrisk) energi, men i (modfase) punkterne, er der ingen energi.

Det kan jo nok ikke lade sig gøre i det virkelige liv, men man kunne tænke på et tankeeksperiment, hvor netop 2 identiske 'lysgivere' udsender lys (i samme bane), men i modfase, så ville man opleve 'sort lys'.

Tænker man på lys som energiafgivelse via kvantespring, er det alligevel nogenlunde logisk, at energien er nul - fase er et kvantespring udad, og modfase er et kvantespring indad, så summen er nul.

Så i bund og grund er det ikke så ulogisk.

  • 0
  • 0

Det er nu ikke så mystisk, energien er selvfølgelig bevaret. Et Mach-Zender interferometer kombinerer ikke de to stråler til en men til to nye stråler. Ved at ændre den optiske vejlængde på den ene arm i forhold til den anden, kan man styre hvor meget lys der kommer ud af de to udgangsarme. Når man bruger et Mach-Zehnder interferometer til at eksempelvis tænde og slukke for et fiberoptisk signal, så er den ene arm simpelthen termineret inde i boksen, derfor ser man at der enten kommer lys ud eller ej, men i det sidste tilfælde er det blot fordi det standses inde i kassen. Det er nemlig et fundamentalt problem at man kan ikke kombinere to ens stråler (med samme frekvens og polarisation) til en stråle, det ville jo kræve et spejl eller anden mekanisme som reflekterede den ene stråle men ikke den anden og hvordan skal et spejl kunne "mærke" forskel på de to stråler. Derfor så kan man sagtens splitte en stråle i to og forsinke den ene af de to i forhold til den anden, men man kan ikke kombinere dem til kun en stråle bagefter. Energien ind og ud er altid bevaret, som en anden skrev tidligere, så flytter interferens fænomener udelukkende rundt på hvor den kommer ud, men interferens kan aldrig netto absorbere eller generere energi

  • 0
  • 0

Man kunne vel bruge det i biler og fly, til at fjerne unødig skarpt lys, fra modkørende med langt lys på, eller irriterende ufoer under landing. Man kunne også lave en særdeles god kamuflage, hvis man kendte sin farve og udsendte det modsatte. Det ville være en stor hjælp til astronomer, der ikke Er så glade for byens lys-forurening i deres telescoper.
Så det Er vel ikke helt spilde kræfter at finde en løsning.

  • 0
  • 0

af at lys i modfase 'slukker', er forskellige former for interferometre.

Optiske gyroskoper:
Fiberoptisk gyroskop: http://en.wikipedia.org/wiki/Fibre_optic_g...
Ring Laser Gyroscope: http://en.wikipedia.org/wiki/Ring_laser_gy...

Michelson-Morleys experiment i1887 til detektion af æteren:
http://en.wikipedia.org/wiki/Michelson%E2%...

Længdemåling i lys-bølgelængde størrelser:
http://www.renishaw.com/en/interferometry-...

Interferometri generelt: http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_inter...

  • 0
  • 0