- Principios básicos de
operación - Difracción e
interferencia de la luz - Interferencia de fuentes
puntuales - Interferometría: su
relacion con la astronomía, los instrumentos utilizados,
teoría y observaciones… - Demostración
experimental de la ley, en general de la interferencia de la
luz - Aplicaciones
- Usos del
interferómetro - División de la
interferometría dimensional - Conclusión
- Bibliografía
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Thomas Young (1773 –
1829)
Thomas Young nació en Milvertone, Inglaterra, en
junio de 1773; y vivió la revolución
intelectual de fines del siglo.
La interferometría se basa en el fenómeno
de la interferencia, que podemos producir cuando dos ondas luminosas
de exactamente la misma frecuencia se superponen sobre una
pantalla. Además de tener la misma frecuencia, estas ondas
deben ser sincrónicas, es decir que sus diferencias de
fase, y por lo tanto las distancias entre las crestas de ambas
ondas, deben permanecer constantes con el tiempo. Esto
es prácticamente posible sólo si la luz de ambas
ondas que se interfieren proviene de la misma fuente luminosa.
Pero si es solamente una fuente luminosa la que produce la luz,
los dos haces luminosos que se interfieren deben generarse de
alguna manera del mismo haz. Existen dos procedimientos
para lograr esto: denominamos al primero división de
amplitud y al segundo división de frente de
onda.
Usando estos dos métodos
básicos se han diseñado una gran cantidad de
interferómetros, con los que se pueden efectuar medidas
sumamente precisas. La figura 1 muestra dos
interferómetros muy comunes, el primero es el sistema de dos
rendijas de Young, que produce interferencia por frente de onda y
el segundo es el de Michelson, que produce interferencia por
división de amplitud.
EL Interferómetro es un instrumento que emplea la
interferencia de ondas de luz para la medida ultraprecisa de
longitudes de onda de la luz misma, de distancias pequeñas
y de determinados fenómenos ópticos.
Existen muchos tipos de interferómetros, pero en
todos ellos hay dos haces de luz que recorren dos trayectorias
ópticas distintas determinadas por un sistema de espejos y
placas que finalmente se unen para formar franjas de
interferencia.
Para medir la longitud de onda de una luz
monocromática se utiliza un interferómetro
dispuesto de tal forma que un espejo situado en la trayectoria de
uno de los haces de luz puede desplazarse una distancia
pequeña —que puede medirse con
precisión— y varía así la trayectoria
óptica
del haz. Cuando se desplaza el espejo una distancia igual a la
mitad de la longitud de onda de la luz, se produce un ciclo
completo de cambios en las franjas de interferencia.
La longitud de onda se calcula midiendo el número
de ciclos que tienen lugar cuando se mueve el espejo una
distancia determinada.
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FIGURA 1: (a) Interferómetro de Young,
que funciona por división de frente de onda y (b)
interferómetro de Michelson, que funciona por
división de amplitud.
Sin duda el personaje más importante en el
terreno de la interferometría es Albert Abraham Michelson
(1852-1931), que nació un 19 de diciembre en Strzelno,
Polonia. A los tres años de edad emigró con sus
padres, primero a Europa occidental
y después a Nueva York, posiblemente para huir del
antisemitismo.
Después de viajar por todo el continente americano, se
establecieron finalmente en San Francisco. Cuando tenía 16
años, su padre se enteró de que existía la
posibilidad de que su hijo ingresara a la Academia Naval de los
Estados
Unidos. Los problemas para
lograr el ingreso fueron tan grandes que tuvieron que solicitar
la ayuda personal del
presidente Grant. Finalmente Michelson logró ingresar, y
se graduó en 1873. En el curso de su carrera
demostró una gran vocación para la óptica,
más que para las actividades navales.
Después de graduarse, Michelson empezó a
trabajar en el Departamento Naval de Annapolis, donde su primer
trabajo fue
medir la velocidad de
la luz con el mismo método que
León Foucault
había empleado años antes. Su resultado
superó notablemente al de Foucault. Después de esto
le fue otorgado permiso para estudiar un año en Europa. A
su regreso ingresó a la recién fundada Case School
of Applied Science en la ciudad de Cleveland, donde
conoció al profesor de
química
Edwin Williams Morley (1838-1923). Juntos se propusieron llevar a
cabo un experimento interferométrico que había
comenzado Michelson durante su estancia en Europa, para
determinar si la Tierra
estaba en reposo o en movimiento con
respecto al éter, es decir, al medio en el que se
propagaba la luz. Después de repetir el experimento varias
veces y de atravesar múltiples calamidades y accidentes, en
1888 llegaron a la conclusión de que la franja de
interferencia no se movía de posición cuando ellos
lo esperaban, y por lo tanto se requería una
explicación que no podían encontrar, para resolver
satisfactoriamente el resultado del experimento.
Uno de los intentos de explicación era suponer
que el éter estaba en reposo en relación con la
Tierra. Sin
embargo, esta conclusión no era aceptable, porque otros
experimentos
de varios investigadores demostraban que esto era imposible.
Fueron muy numerosos los intentos de explicar el resultado
inesperado del experimento, pero todos fracasaron porque ninguno
podía dar una explicación satisfactoria para todas
las observaciones relacionadas con la teoría.
Mientras tanto, con motivaciones muy diferentes e
independientes, Albert
Einstein (1879-1955), nacido en Ulm, Alemania,
elaboró su teoría de la relatividad
especial, que postulaba que la velocidad de la luz era
siempre exactamente la misma en el vacío,
independientemente de las velocidades relativas de la fuente
luminosa y del observador. Esta teoría hacía
completamente innecesaria la hipótesis de la existencia del éter.
De esta manera quedaba explicado el resultado del experimento de
Michelson y Morley. No se hablará especialmente en este
libro sobre la
vida y personalidad
de Einstein, por ser sumamente conocidas. Baste con decir que
Einstein y Newton son los
dos científicos más grandes que ha tenido la
humanidad.
Albert Michelson hizo una gran multitud de experimentos
meterológicos, que sin lugar a dudas lo hacen merecedor
del nombre de padre de la interferometría. Otro de sus
trabajos importantes fue la medición de longitudes por medio de
interferómetros, superando la precisión de
cualquier medida efectuada hasta entonces. Michelson
recibió el premio Nobel de física por sus
trabajos interferométricos de precisión, en
1901.
PRINCIPIOS BASICOS
DE OPERACIÓN
En alguna ocasión hemos visto pompas de
jabón. Si las observamos con detenimiento nos damos cuenta
de que muestran diversos colores.
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Interferencia de la luz en burbujas de
jabón
A menudo pueden verse franjas coloreadas en la
superficie de las burbujas de jabón. Estas franjas se
deben a la interferencia entre los rayos de luz reflejados en las
dos caras de la delgada película de líquido que
forma la burbuja. En una parte de la burbuja, vista desde un
cierto ángulo, la interferencia puede intensificar ciertas
longitudes de onda, o colores, de la luz reflejada, mientras que
suprime otras longitudes de onda. El color que se ve
depende de las intensidades relativas de las distintas longitudes
de onda en la luz reflejada. En otras zonas, vistas desde otros
ángulos, las longitudes de onda que se refuerzan o se
cancelan son otras. La estructura de
las franjas de colores depende del espesor de la película
de líquido en los distintos puntos.
Otra experiencia que seguramente el lector ha tenido es
la de ver en la calle, después de que ha llovido, el agua que
cayó sobre aceite. Uno
observa que el charco de agua tiene
diversos colores.
Estos fenómenos son dos ejemplos de
interferencia de luz, fenómeno que ocurre cuando
dos haces de luz llegan a la misma región del
espacio.
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Difracción e interferencia de la
luz
Cuando la luz pasa a través de una rendija cuyo
tamaño es próximo a la longitud de onda de la luz,
ésta se difracta, se produce un cambio en la
forma de la onda. Cuando la luz pasa a través de dos
rendijas, las ondas procedentes de una rendija interfieren con
las ondas que vienen de la otra. La interferencia constructiva
tiene lugar cuando las ondas llegan en fase, es decir, cuando las
crestas (o los valles) de una onda coinciden con las crestas (o
los valles) de la otra onda, formando una onda con una cresta (o
un valle) mayor. La interferencia destructiva se produce cuando
las ondas llegan en oposición de fase, es decir, cuando la
cresta de una onda coincide con el valle de la otra onda,
cancelándose mutuamente para producir una onda más
pequeña o no producir onda alguna.
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Interferencia de fuentes
puntuales
Este diagrama de
interferencias se formó moviendo dos varillas
rítmicamente arriba y abajo en una bandeja de agua. Se
pueden observar efectos similares al meter y sacar del agua dos
dedos u observando a dos patos nadando en un estanque cerca uno
de otro. Las ondas procedentes de una de las fuentes puntuales
(la varilla, el dedo o el pato) interfieren con las que proceden
de la otra fuente. Si dos crestas llegan juntas a un punto, se
superponen para formar una cresta muy alta; si dos valles llegan
juntos, se superponen para formar un valle muy profundo
(interferencia constructiva). Los anillos brillantes y oscuros
son zonas de interferencia constructiva. Si la cresta de una
fuente llega a un punto a la vez que el valle de la otra, se
anulan mutuamente (interferencia destructiva). Las líneas
oscuras radiales son zonas de interferencia
destructiva.
Supóngase que dos ondas como las mostradas en las
figuras 2(a) y 2(b) llegan a una región del espacio. El
efecto neto que producen estas ondas en cada punto es la
combinación de ambas. Esta última afirmación
significa lo siguiente: consideremos el punto P, en el cual la
onda a tiene una amplitud representada por AB, mientras que la
onda b tiene una amplitud dada por CD; notamos
que ambas amplitudes tienen el mismo sentido, es decir, hacia
arriba; por tanto, la amplitud neta en el punto P es la suma de
las amplitudes AB más CD, que da la amplitud AD mostrada
en la figura 8(c). Siguiendo este procedimiento
para cada punto, encontramos que la onda resultante de la
combinación de las ondas a y b es la onda c mostrada en la
figura 8. Se dice que la interferencia de las ondas a y b da
lugar a la onda c.
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Figura 2. Dos ondas en fase, (a) y (b), interfieren
constructivamente dando como resultado la onda
(c).
En el caso particular que estamos tratando, nos damos
cuenta de que las ondas que interfieren son tales que cuando una
de ellas tiene un máximo, la otra también lo tiene
(punto Q de la figura 2); mientras que cuando una de ellas
adquiere un mínimo, la otra también lo adquiere Se
dice que las ondas que interfieren están en fase. Vemos
que la onda resultante (c) tiene una amplitud igual a la suma de
las amplitudes de cada una de las ondas que interfieren. Las
ondas, por decirlo así, se refuerzan una a la otra. Este
caso se llama interferencia constructiva.
Puede darse también otra situación en que
las ondas que interfieren sean tales que cuando en un punto
determinado una de ellas tenga una amplitud en un sentido, la
otra tenga una amplitud en el otro sentido, como se muestra en la
figura 3.
Se dice que estas ondas están fuera de fase.
Consideremos el punto P, en el cual la onda a tiene amplitud AB y
la onda b tiene amplitud CD. A diferencia del caso arriba
tratado, ahora los sentidos de
las ondas son opuestos; mientras una tiene amplitud hacia arriba,
la otra tiene amplitud hacia abajo.
Por lo tanto, la amplitud neta ahora es la diferencia
entre AB y CD, que da el valor RL
mostrado en la figura 9 (c). La onda resultante es la c. Notamos
que en este caso la amplitud de la onda resultante es menor que
la que tiene la onda de la figura 2(b).
Por decirlo así, una onda cancela el efecto de la
otra. Hay interferencia destructiva. Si ocurriese el caso en que
las ondas que interfieren tuvieran justamente la misma amplitud,
pero estuvieran absolutamente fuera de fase, entonces la
cancelación sería completa; en este caso las
cantidades AB y CD serían iguales, por lo que su
diferencia RL sería cero.
En consecuencia, el resultado neto es que ¡no hay
onda! La interferencia es ahora completamente destructiva,
esto podemos verlo en la sig. figura (3).
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Figura 3. Dos ondas fuera de fase, (a) (b),
interfieren destructivamente dando como resultado la onda
(c).
Si las ondas que interfieren son tales que no
están en fase ni completamente fuera de fase, la
interferencia da lugar a una onda como la mostrada en la figura
3(c). No hay ni reforzamiento ni destrucción completos, se
da una combinación intermedia entre los casos arriba
descritos.
Los efectos de la interferencia tanto constructiva como
destructiva se pueden observar con la luz en un experimento como
el que se describe a continuación:
Consideremos una fuente de luz S (Figura 4) de un solo
color. Esto significa que se tiene una onda de una sola longitud
de onda bien determinada. Se hace incidir la luz que sale de la
fuente sobre una pantalla FG que tiene dos rendijas A y B. Si no
hubiese difracción de los haces de luz en cada una de las
rendijas, entonces en la pantalla LK solamente quedarían
iluminadas las zonas RS y TU. Sin embargo, si la longitud de onda
de la luz incidente es del mismo orden que las dimensiones de las
rendijas, entonces cada una de ellas difracta al haz que pasa por
ellas y en un punto como el Q, que no está dentro de los
haces BUT o ASR, llegan dos ondas, provenientes de cada una de
las rendijas, y estas dos ondas interfieren. Así del otro
lado de la pantalla FG existen dos ondas que
interfieren.
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Figura 4. Si la luz se propagara en línea
recta solamente quedarían iluminadas las zonas UT y
SR.
Consideremos ahora lo que ocurre en la pantalla KL. En
un punto de la pantalla como el O (Figura 5) las dos ondas llegan
en fase, por lo que hay interferencia constructiva. En
consecuencia, en el punto O debe verse luz intensa. En un punto
como el P, las ondas llegan completamente fuera de fase, por lo
que hay interferencia destructiva. Por lo tanto, en P no hay luz,
es decir, debe estar oscuro. En otro punto como el Q, las ondas
llegan en fase, por lo que debe haber luz intensa, etc. Esto
significa que en la pantalla KL debemos ver bandas de luz intensa
seguidas de bandas oscuras. Efectivamente esto es lo que ocurre.
En la figura 12 se muestra lo que se observa en la pantalla KL.
En este patrón de interferencia se aprecian bandas de luz
intensa seguidas de bandas completamente oscuras.
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Figura 5. Al pasar las ondas por cada rendija se
doblan, debido a la difracción, e interfieren. En el punto
O las ondas llegan en fase; en el punto P llegan fuera de fase;en
el punto Q llegan en fase, etcétera.
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Figura 6. Patrón que se forma en la pantalla
KL de la figura 5.
Regresando a los fenómenos mencionados al
principio de este capítulo, solamente queremos mencionar
que tanto en la pompa de jabón como en el charco con
aceite la luz blanca que llega, por ejemplo, la del Sol, se
separa en varios rayos y los así formados interfieren
dando lugar a patrones de interferencia. Ahora bien, dado que el
patrón de interferencia que se forme depende de la
longitud de onda de la luz y en vista de que la luz blanca
está compuesta de muchos colores, es decir, de muchas
longitudes de onda, entonces cada color forma un patrón
característico. Las posiciones de los máximos
iluminados dependen de la longitud de onda; diferentes longitudes
de onda resultan en diferentes posiciones de sus máximos.
Lo que vemos entonces es la combinación de los patrones de
interferencia para diferentes colores. Ya que el patrón de
interferencia que se forme depende de la longitud de onda de la
luz, al ocurrir este fenómeno la luz blanca se separa en
sus componentes. Es por ello que en la pompa y el charco
observamos diversos colores.
Volvamos al caso de la figura 6. Las posiciones en que
se encuentran tanto los puntos iluminados como los oscuros
dependen de varias cantidades: de la distancia AB entre las
rendijas, de la distancia D entre las pantallas FG y KL y de la
longitud de onda de la luz que se usa. En efecto, si se cambia la
posición de la pantalla LK entonces los puntos en que las
ondas están en fase ya no serán los mismos que
cuando la distancia era D; lo mismo pasa para aquellos puntos en
que las ondas están fuera de fase. De manera similar,
cuando se cambia la distancia AB entre las rendijas, la
separación entre las ondas que interfieren cambia y por
consiguiente, los puntos de interferencia tanto constructiva como
destructiva cambian. Asimismo, al variar la longitud de onda de
la luz incidente, también cambia visiblemente el
patrón de interferencia que se forma.
La relación entre los factores de los que depende
el patrón de interferencia puede usarse de diferentes
maneras, como se describe a continuación.
Una posibilidad es dar el valor de la longitud de onda
de luz incidente así como las características
geométricas tanto de la rendija como la distancia entre
las pantallas. Entonces es posible predecir el patrón de
interferencia que se formará en la pantalla LK.
Otra posibilidad es dar las características
geométricas del arreglo, es decir, la distancia entre las
rendijas y la distancia D entre las pantallas y además dar
el patrón de interferencia que se forma en LK. Dado este
patrón, uno puede medir la distancia que hay entre el
centro de una banda iluminada y el centro de una banda oscura.
Con todos estos valores se
puede inferir el valor de la longitud de onda de la luz
incidente. Usado de esta manera, este arreglo se llama
espectroscopio de interferencia. Este aparato sirve para
encontrar los valores de
las longitudes de onda de haces luminosos.
Finalmente, si se da el patrón de interferencia
que se forma en la pantalla LK así como la longitud de
onda de la luz incidente, se pueden inferir las
características geométricas de arreglo. Es decir,
es posible obtener entonces, por ejemplo, el valor de la longitud
de la separación entre las rendijas.
INTERFEROMETRIA: SU
RELACION CON LA ASTRONOMIA, LOS IN= STRUMENTOS UTILIZADOS, TEORIA
Y OBSERVACIONES…
La interferometria se vale de la
propiedad de
los espejos de los telescopios llamada resolución, que se
puede expresar de la siguiente forma: ángulo resuelto=
3D1.22longitud de onda/diametro del espejo mientras mas
pequeño sea tu ángulo, mucho mas nítida
será tu imagen;
así, mientras mas grande el espejo, mejor será la
resolución; pero no se pueden hacer telescopios demasiado
grandes. Sin embargo, existe otra propiedad de los espejos, y es
que esta formula de resolución también puede
aplicarse a espejos que no sean precisamente redondos, y en este
caso el diámetro se sustituye por la distancia mas grande
entre cualesquiera dos zonas del espejo. Así, imagina que
tienes este espejo enorme, y empiezas a quitarle porciones en
todos lados, y solo dejas unas=20 cuantas en las orillas. Lo que
tendrías es un conjunto de espejos pequeños, los
cuales, al juntar la luz de todos en un solo punto, se comportan
como este mismo espejo grande, conservando la resolución
original. En pocas palabras, la interferometria es el valerse de
muchos telescopios pequeños usados al mismo tiempo para
simular uno de mayor tamaño y asi obtener imágenes
de mejor calidad. Saludos,
=20
DEMOSTRACION
EXPERIMENTAL DE LA LEY, EN GENERAL
DE LA INTERFERENCIA DE LA LUZ
Haciendo algunos experimentos sobre franjas de colores
acompañadas por sombras, he encontrado una prueba tan
simple como demostrativa de la interferencia de dos porciones de
luz, la cual he intentado establecer, la cual pienso exponer ante
la Sociedad Real
como una corta proposición ante los hechos que me parecen
definitivos. La proposición sobre la cual quiero insistir
en el presente es simplemente ésta, que las franjas de
colores son simplemente producidas por la interferencia de dos
porciones de luz, pienso que no será contradicha por el
mayor detrimento, yo relataré que la proposición es
por los experimentos que relataré, los cuales pueden
repetirse con gran facilidad, siempre que brille el sol y sin otro
aparato que la propia mano.
Experimento1. He hecho un pequeño agujero
en una ventana cerrada, y lo he cubierto con una pieza de papel
delgado, el cual perforé con una aguja fina. Por
comodidad, coloqué un lente pequeño fuera de la
ventana cerrada, en tal posición que refleja la luz del
sol en una dirección aproximadamente horizontal, sobre
la pared opuesta causando que el cono de divergencia de la luz
pase sobre una mesa, sobre la que hay varias tarjetas de
papel. Yo induzco el rayo de luz a pasar a través de la
tarjeta. De 1/30 de pulgada de ancho, y observo su sombra, ya sea
sobre la pared o sobre las tarjetas colocándolas a
diferentes distancias. A los lados de las franjas de colores,
sobre cada lado de la sombra, pero dejando la parte central de la
sombra siempre clara. Ahora estas franjas eran los efectos unidos
de las porciones de luz que pasan sobre cada lado de las
tarjetas, y se deflectan, o mejor, se difractan en las sombras.
Para una pantalla pequeña, colocada a unas cuantas
pulgadas de la tarjeta, de modo que reciba la sombra de los
extremos sobre su margen, todas las franjas las cuales han sido
observadas antes en la sombra de la pared, desaparecen
inmediatamente, aunque la luz deflectada sobre el otro lado siga
su curso y aunque ésta sufra una modificación en la
proximidad de la tarjeta. Cuando la pantalla interpuesta estaba
más lejos de la estrecha tarjeta, fue necesario sumergir
más profundamente en la sombra para desaparecer las
líneas paralelas; por aquí, la luz difractada del
extremo del objeto ha penetrado más en la sombra. No fue
por falta de intensidad de luz que una de las dos porciones fuera
incapaz de producir solamente franjas; por lo que cuando ambas
estaban interrumpidas, las líneas aparecían siempre
que la intensidad era reducida de un décimo a un
veinteavo.
Experimento 2. Las crestas de las franjas
descritas por el ingenio y la exactitud de Grimaldi
(físico matemático), 1 quien
produjo una variación elegante del experimento anterior, y
un ejemplo interesante e un cálculo
referente a él. Cuando la sombra se forma por un objeto
que tiene terminaciones regulares, junto a las franjas
generalmente exteriores, existen dos o tres alteraciones de
colores, empezando por la línea que bisecta el
ángulo, dispuesta en cada lado, en curvas, las cuales
convergen juntas a la línea bisectada y la cual converge
en algún lado hacia ella, de modo que ellas llegan
más lejos del punto angular. Estas franjas son
1 Se refiere al efecto que produce la
luz al difractarse por la esquina de un objeto.
también el efecto unido de la luz que es
directamente deflectada hacia la sombra, de cada una de las
líneas exteriores del objeto. Si una pantalla es colocada
a pocas pulgadas del objeto, sólo se percibe uno de los
lados de la sombra, desapareciendo toda la franja. Si de lo
contrario, el punto rectangular de la pantalla está
opuesto al punto de la sombra, sólo se recibe el
ángulo de la sombra en este extremo y las franjas
permanecen imperturbables.
De los anteriores experimentos, Young midió,
haciendo variar la abertura, la distancia de las líneas de
interferencia, y además, mediante este experimento muestra
que la luz se comporta como si fuera una onda.
La interferometría es ahora una herramienta
indispensable en muchas actividades en las que sea necesario
realizar mediciones. A partir de 1947 se han extendido estas
técnicas a las ondas de radio,
iniciándose así la radiointerferometría
astronómica. Hoy en día, por medio de
técnicas interferométricas se pueden realizar una
gran variedad de medidas sumamente precisas, entre las que
podemos mencionar las siguientes:
a) Medida y definición del metro patrón.
El primero que tomó la longitud de onda de la luz como
referencia para especificar longitudes de objetos fue Michelson.
Esto se hace por medio del interferómetro que se muestra
en la figura 19, donde el primer objetivo es
medir la separación entre dos espejos, los que forman un
sistema llamado etalón. La separación entre los
espejos del etalón es un múltiplo entero de medias
longitudes de onda de la luz empleada, a fin de que los haces
reflejados en ambos espejos del etalón estén en
fase. El proceso es
bastante laborioso, pues hay necesidad de usar un gran
número de etalones, donde cada uno tiene aproximadamente
el doble de longitud que el anterior. La razón de este
largo proceso es que no es posible contar las franjas de
interferencia que aparecen al ir moviendo uno de los espejos
hasta llegar a la distancia de un metro. La limitación es
la coherencia del haz luminoso, que se describirá
más tarde en la sección de láseres.
Actualmente, con el láser, es
mucho más simple la medición del metro
patrón por interferometría.
En 1960 el metro fue definido como igual a 1650 763.73
longitudes de onda en el vacío, de la luz emitida en una
cierta línea espectral del kriptón-86. Sin embargo,
en lugar de definir el metro y luego medir la velocidad c de la
luz usando esta definición, es posible hacer lo
contrario.
Es decir, se define primero la velocidad c de la luz
como una cierta cantidad de metros recorridos en un segundo, de
donde podemos escribir:
c = d/t
El siguiente paso es definir el metro como la distancia
recorrida por la luz en un tiempo igual a 1 /c. Esto es lo que
actualmente se ha hecho para definir el metro.
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Figura 7. Interferómetro de
Michelson con etalón, para medir longitudes
b) Medida de las deformaciones de una superficie.
Frecuentemente, debido a causas muy variadas, una superficie
puede tener deformaciones pequeñísimas que no son
detectables a simple vista. A pesar de su reducida magnitud,
estas deformaciones pueden ser el síntoma de problemas
graves presentes o futuros. Como ejemplo, podemos mencionar una
fractura de un elemento mecánico de un avión o de
una máquina. Otro ejemplo es un calentamiento local
anormal en un circuito impreso o en una pieza mecánica sujeta a fricción.
Finalmente, Otro ejemplo es una deformación producida por
esfuerzos mecánicos que ponen en peligro la estabilidad
del cuerpo que los sufre. Es aquí donde la
interferometría tiene un papel muy importante, detectando
y midiendo estas pequeñísimas deformaciones de la
superficie. Esta aplicación de las técnicas
interferométricas es especialmente útil y poderosa
si se le combina con técnicas holográficas, como se
verá más adelante, en un proceso llamado
interferometría holográfica. La figura 20 muestra
un ejemplo de deformación local de la superficie de una
cubeta de plástico,
medida con interferometría holográfica.
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Figura 8. Detección
interferométrica de deformaciones.
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Figura 9. Interferograma del espejo de
un telescopio.
c) Determinación de la forma exacta de una
superficie. Las superficies ópticas de los instrumentos
modernos de alta precisión tienen que tallarse de tal
manera que no tengan desviaciones de la forma ideal, mayores de
una fracción de la longitud de onda de la luz. Para hacer
el problema todavía más difícil, la
superficie muy frecuentemente no es esférica sino de
cualquier otra forma, a la que de modo general se le denomina
asférica. Esta superficie asférica puede ser, por
ejemplo, un paraboloide o un hiperboloide de revolución,
como ocurre en los telescopios astronómicos, donde
además la superficie a tallar puede ser de varios metros
de diámetro. Es fácil comprender lo difícil
que resulta tallar una superficie tan grande. Sin embargo, el
problema principal es medir las deformaciones de la superficie
respecto a su forma ideal. Esto se hace mediante la
interferometría, con técnicas muy diversas y
complicadas que no es posible describir aquí. La figura 21
muestra el interferograma del espejo principal o primario de un
telescopio. Si la superficie fuera perfectamente esférica,
las franjas de interferencia serían rectas. La
pequeña curvatura de las franjas se debe a que la
superficie es ligeramente elipsoidal en lugar de esférica,
aunque la desviación es apenas alrededor de media longitud
de onda, lo que es aproximadamente tres diezmilésimas de
milímetro.
d) Alineación de objetos sobre una línea
recta perfecta. Es frecuente que aparezca la necesidad de tener
una línea recta de referencia muy precisa en una gran
cantidad de actividades ingenieriles de tipo muy diverso. Por
ejemplo, la bancada o base de un torno de alta
precisión debe ser tanto más recta cuanto
más fino sea el torno. En este problema y muchos otros en
los que se requiera alinear algo con muy alta precisión,
la interferometría es un auxiliar muy
útil.
e) Determinación muy precisa de cambios del
índice de refracción en materiales
transparentes. Los vidrios ópticos, plásticos
o cristales que se usan en las lentes, prismas y demás
elementos ópticos tienen que ser de una alta homogeneidad
tanto en su transparencia como en su índice de
refracción. Esto es especialmente necesario si el
instrumento óptico que los usa es de alta
precisión. Esta homogeneidad de los materiales
transparentes se mide con la tolerancia que
sea necesaria por medio de interferometría.
f) Determinación muy precisa de velocidades o de
variaciones en su magnitud. Cuando una fuente luminosa se mueve
respecto al observador, es bien sabido que la longitud de onda de
la luz tiene un cambio aparente, alargándose o
acortándose, según que el objeto luminoso se aleje
del observador o se acerque a él, respectivamente. Este es
el llamado efecto Doppler, que se descubrió primero para
las ondas sonoras y posteriormente para la luz. Por medio de
interferometría se pueden detectar y medir variaciones
sumamente pequeñas en la longitud de onda, lo que permite
detectar movimientos o cambios también muy pequeños
en la velocidad de un objeto. Esta propiedad se ha usado en muy
diversas aplicaciones, entre otras, la medida de la velocidad del
flujo de líquidos o de gases.
g) Medición de ángulos. Los
ángulos, al igual que las distancias, también se
pueden medir con muy alta precisión por medio de
técnicas interferométricas. Por ejemplo, el
paralelismo entre las dos caras de una placa de vidrio de caras
planas y paralelas, o el ángulo recto entre las dos caras
de un prisma se pueden medir con una incertidumbre mucho menor de
un segundo de arco, lo que es totalmente imposible de lograr por
otros métodos.
La lista podría continuarse, pero con estos
ejemplos es suficiente para darnos cuenta de la enorme utilidad de la
interferometría, o sea del uso de las ondas de luz como
unidad de medida.
Cuando se conoce la longitud de onda de la luz empleada,
pueden medirse distancias pequeñas en la trayectoria
óptica analizando las interferencias producidas. Esta
técnica se emplea para medir el contorno de la superficie
de los espejos de los telescopios. Los índices de
refracción de una sustancia también pueden medirse
con el interferómetro, y se calculan a partir del
desplazamiento en las franjas de interferencia causado por el
retraso del haz. El principio del interferómetro
también se emplea para medir el diámetro de
estrellas grandes relativamente cercanas, como por ejemplo
Betelgeuse. Como los interferómetros modernos pueden medir
ángulos extremadamente pequeños, se emplean
—también en este caso en estrellas gigantes
cercanas— para obtener imágenes de variaciones del
brillo en la superficie de dichas estrellas.
El principio del interferómetro se ha extendido a
otras longitudes de onda, y en la actualidad está
generalizado su uso en radioastronomía.
DIVISION DE LA INTERFEROMETRIA
DIMENSIONAL
LABORATORIO DE CALIBRACIÓN | ||
Equipo utilizado: El laboratorio cuenta con un Este proceso de calibraciones y mediciones, Los bloques patrón son prismas | ||
| ||
Servicios: Incertidumbre de medición (k=2), | ||
Acero: Cerámica: Carburo de Tungsteno: Carburo de Cromo: | U= (19² + U= (22² + U= (28² + U=(28² + |
DONDE: L en mm. U en nm.
|
Para más detalle de los servicios | ||
LABORATORIO DE
INTERFEROMETRÍA
Los servicios que se realizan son los
|
| |
El laboratorio de interferometría |
| |
El laboratorio cuenta con cabezas láser
| ||
Intervalo de medición: hasta 20 | ||
Incertidumbre estimada para longitud: Para más detalle de los servicios | ||
Como conclusión de toda la historia anterior se
desprende que, en ciertos experimentos, se puede considerar a la
luz como una onda transversal, mientras que en otros es necesario
considerarla como un flujo de partículas llamadas fotones,
cuya energía individual depende de la frecuencia de la
onda. Sin embargo, en la gran mayoría de los casos, sobre
todo en aquellos en los que interviene la metrología, es suficiente utilizar el
concepto de
onda transversal.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Figura 10. Parámetros
importantes en una onda.
"OPTICAL METROLOGY"
3RD EDITION, KJELL J. GASVIK
HTTP://WWW.FOTOMUNDO.COM/TECNIC/ARTICULOS/INTERFEROMETER.SHTML
HTTP://MISIONES.ASTROSETI.ORG/KEPLER/ARTICULO
http://GEOCITIES.COM/PARIS/PARC/1124/INTERFEROMETRIA.HTML
ENCARTA 2004
CATEDRATICO:
ING. PEDRO ZAMBRANO
INTEGRANTES:
EVER JESUS GONZALEZ CARRILLO
FEDERICO OLIVAS CHAPARRO