L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià

Interferómetro de trayecte comú

Un interferómetro de trayecte comú és una classe d'interferómetro en el que el raig de referència i el raig analisat recorren el mateix camí. Els eixemples inclouen l'interferómetro de Sagnac, l'interferómetro de punt de difracció, i l'interferómetro de Zernike de contrast de fase. Un interferómetro de trayecte comú generalment és més resistent a vibracions externes que un "interferómetro de camí doble" com l'interferómetro de Michelson o l'interferómetro de Mach-Zehnder.[1] Encara que viagen a lo llarc del mateix camí, el raig de referència i el de mostra poden fer-ho en sentits oposts, o poden viajar a lo llarc de la mateixa direcció pero en la mateixa o distinta polarisació.

Els interferómetros de camí doble són altament sensibles a canvis de fase o a canvis de llongitut del recorregut entre el raig de referència i el raig de mostra. Per açò, els interferómetros de camí doble han trobat un ampli us en ciència i indústria per a la mida de desplaçaments chicotets, canvis d'índex de refracció, irregularitats de superfície i atres propietats similars.

Eixemples

editar
Erro al crear miniatura:
Figura 1. Distints sistemes d'interferómetros de trayecte únic

Sagnac

editar

Els interferómetros Sagnac són totalment inadequats per a medir llongituts o canvis de llongitut. En un interferómetro Sagnac, els dos rajos partixen simultàneament del divisor de fas, recorren els quatre costats d'un rectàngul en direccions opostes i es recombinan novament junt al punt de partida. El resultat és que el dispositiu és completament insensible a qualsevol moviment dels seus components òptics. De fet, per a fer que l'interferómetro siga útil per a medir canvis de fase, els rajos tenen que ser separats llaugerament de modo que no seguixquen un camí perfectament comú. Inclús en una separació mínima dels rajos, oferixen patrons d'interferència de gran contrast i excelents estabilitat.[2] Són possibles dos topología bàsiques, diferint del número par o impar de reflexions en cada camí. En un número impar de reflexions, com en el cas ilustrat, els fronts d'ona dels rajos oposts són lateralment alternats en la major part del recorregut de la llum, per lo que la topología del dispositiu no és estrictament de trayecte comú.[3]

La seua propietat més interessant és la sensibilitat a la rotació. Les primeres medicions dels efectes de la rotació en esta forma d'interferómetro varen ser publicades en 1913 per Georges Sagnac, qui erròneament va pensar en la seua capacitat per a detectar la "rotació de l'éter" refutando la teoria de la relativitat.[4] La sensibilitat actual d'estos dispositius supera àmpliament la del disseny original de Sagnac, sent proporcional a l'àrea circumscrita pels rajos de llum. En els giroscopis de fibra òptica, descendents de l'interferómetro de Sagnac, s'utilisen mils de bucles de fibra òptica en lloc d'espills, de manera que inclús aparats de chicotet tamany detecten fàcilment la rotació de la Terra.[5] Els giroscopis làser d'anell (no ilustrats) són una atra forma de sensors de rotació basats en l'efecte Sagnac que tenen importants aplicacions en sistemes de guiat inercial.[4]


Pel seu contrast i estabilitat del patró d'interferència excepcionals, els interferómetros que utilisen la configuració de Sagnac varen jugar un important paper en els experiments que varen conduir a Einstein al descobriment de la [[Teoria de la relativitat especial|relativitat especial]], i en el seu defensa subsegüent contra reptes teòrics i experimentals. Per eixemple, un any abans del seu famós experiment de 1887, Michelson i Morley (1886) varen repetir l'experiment de Fizeau de 1851, introduint l'interferómetro de Sagnac en el montage, obtenint una alta estabilitat en els patrons d'interferència observats (fins al punt de que un fòsfor encés colocat en el camí de la llum no alterava el patró).[6] En 1935, Gustaf Wilhelm Hammar refutó un repte teòric a la relativitat especial quan intentava explicar els resultats de l'experiment de Michelson-Morley en relació en l'arrastre de l'éter, utilisant un interferómetro de Sagnac en un número impar de reflexions. Va poder operar este interferómetro a cel obert (en la part alta d'un tossal), i sense control de temperatura, i aixina i tot conseguir llectures en una precisió d'1/10 de la gruixa d'una llínea d'interferència.[7][8]

Erro al crear miniatura:
Figura 2. L'experiment de Young. Patró senzill i doble.

Difracció de punt

editar

Atre interferómetro de trayecte comú utilisat per a provar lents i en anàlisis de fluix de decorreguts és l'interferómetro de punt de difracció (PDI), inventat per Linnik en 1933.[9][10] El raig de referència està generat per la difracció en un chicotet "forat de alfiler" (en un diàmetro equivalent a la mitat del corresponent disc de Airy), en un soport semitransparente. La Figura 1 ilustra un patró d'interferència centrat en el forat. El raig de referència difractado en l'orifici i l'ona de prova transmesa a través del soport interferixen per a formar un patró. El disseny de trayecte comú de el PDI comporta un número de ventages importants:

  • (1) Només utilisa un trayecte, al contrari que els dissenys de Mach-Zehnder o de Michelson, que requerixen dos. Esta ventaja pot ser molt important en grans dispositius interferométricos com els túnels de vent, a on els trayectes òptics són a través de mijos de transmissió turbulentos.
  • (2) Els sistemes de disseny de trayecte comú simple tenen menys components òptics que els dissenys de camí doble, fent la seua alliniació molt més fàcil, aixina com reduint cost, tamany, i pes, especialment per a grans montages.
  • (3) Mentres que l'exactitut d'un disseny de trayecte doble és depenent de la precisió en la que es materialisen els seus elements, un disseny cuidadós basta per a garantisar la precisió d'un PDI.[11][12]


Una desventaja és que la cantitat de llum que passa a través de l'orifici depén de lo ben que es puga centrar en ell. Si el front de l'ona incident està considerablement distorsionat, la cantitat de llum que conseguix travessar l'orifici és molt chicoteta.[13] El PDI s'usa en vàries aplicacions d'òptica adaptiva.[14][15]

Cisallament lateral

editar

L'interferometría de cisallament lateral és un método autoreferenciado de captació d'ones lluminoses. En lloc de comparar un raig de referència en un segon raig de trayecte separat, es compara un front d'ona en una versió d'este mateix raig modificada. Com a resultat, és sensible a la pendent d'un raig, no a la seua forma per es. L'interferómetro representat té llongituts de recorregut distints per als dos rajos; per açò, té que ser utilisat en llum altament monocromàtica (làser). És normalment utilisat en superfícies sense recobriment, a l'objecte de minimisar "reflexos fantasma". Un front d'ona distorsionat per una lent baix la prova és reflectit alvance i arrere de la superfície per a formar un patró d'interferència. Variacions d'este disseny bàsic s'usen per a provar espills de precisió. Atres formes d'interferómetro de cisallament lateral, basades en els dissenys de Jamin, Michelson, Mach–Zehnder, i uns atres, tenen trayectes compensats i poden ser utilisat en llum blanca.[16] Ademés del seu us en proves òptiques, també s'utilisa en l'anàlisis de películes primes, difusió tèrmica i de substàncies en materials transparents, càlcul de l'índex i del gradient de refracció, proves de colimaació, i òptica adaptativa.[17][18] La denominació "interferómetro de cisallament", és un marc general que inclou sistemes de cisallament lateral, Hartmann, Shack-Hartmann, cisallament rotacional, cisallament plegat, i els interferómetros de caraça d'obertura, utilisats en la majoria de sensors d'ona desenrollats industrialment.[19]

Erro al crear miniatura:
Figura 3. Prisma doble utilisat en un sistema de holografía electrònica.

Prisma doble de Fresnel

editar

Des d'una perspectiva moderna, el resultat de l'experiment de la rendija doble de Young (vore Figura 2) apunta clarament cap a la naturalea ondulatoria de la llum, pero açò no va anar aixina fins al començ de el XIX. Newton, despuix de tot, havia observat lo que són ara reconeguts com a fenomens de difracció, i va escriure sobre ells en el seu Tercer Llibre d'Òptica, interpretant-los d'acort en la seua teoria corpuscular de la llum.[20] Els contemporàneus de Young varen objectar que els seus resultats senzillament podrien representar efectes de difracció de les vores de les rendijas, res diferents en principi dels patrons d'interferència que el mateix Newton havia observat anteriorment. Augustin Fresnel, quí recolzava la teoria ondulatoria, va dissenyar una série d'experiments per a demostrar que els efectes d'interferència observats no podien ser senzillament explicats com el resultat de la difracció en les vores. El més notable d'estos ensajos era el seu us d'un prisma doble per a crear per refracció l'interferència de dos fonts de llum virtuals.

Una versió del prisma doble de Fresnel s'utilisa en holografía d'electrons, una tècnica d'image que grava fotográficament el patró d'interferència d'electrons d'un objecte. El holograma llavors pot ser allumenat per un làser, de lo que resulta una image molt aumentada de l'objecte original, a pesar de que la preferida actualment és la reconstrucció numèrica dels hologrames.[21] Esta tècnica va ser desenrollada per a obtindre una major resolució en microscopía electrònica de la que és possible utilisant tècniques convencionals d'image. La resolució de la microscopía d'electrons convencional no està tan llimitada per la llongitut d'ona de l'electró, com per les grans aberracions de les lents electròniques.[22]

La Figura 3 mostra la disposició bàsica d'un microscopi electrònic d'interferència. El prisma doble d'electrons consta d'un filament elèctric prim carregat positivament (representat com a punt en la figura) abraçat per dos electrodos plans llocs a terra. El filament sol ser una fibra de cuarzo revestida d'or, i generalment no medix més d'1 μm de diàmetro. Colocant la mostra a examinar fòra de l'eix de la font d'electrons, es genera un front d'ona difractado l'interferència de la qual en combinar-se en el fluix principal crea un holograma.

Sagnac d'Àrea-Zero

editar

l'Observatori d'Ones Gravitatorias per Interferómetro Làser (LIGO) va constar de dos interferómetros Michelson-Fabry-Pérot de 4 km de llongitut, operats en un làser d'aproximadament 100 vats de potència d'en el divisor del fes. S'està estudiant una versió Alvançada de el LIGO en un làser de varis quilovats de potència, per al que els científics tindran que solucionar múltiples problemes relacionats en la distorsió tèrmica, en la variació de la freqüència dels làsers, en el desplaçament dels espills i en la birrefringencia induïda tèrmicament.


En este sentit, s'està plantejant utilisar una configuració de Sagnan d'Àrea-Zero.[23] (Vore: Detecció d'ones gravitacionals. Interferómetro de Sagnac d'Àrea Zero). Fins a aquell moment no s'havia decidit cap elecció per al sistema òptic de la tercera generació de el LIGO.[24][25]

Dispersió ("Scatterplate")

editar

Una alternativa de trayecte comú a l'interferómetro Twyman-Green és l'interferómetro scatterplate, inventat per J.M. Burch en 1953.[26][27] interferómetro Twyman-Green és un dispositiu de trayecte doble, variant de l'interferómetro de Michelson que és generalment utilisat per a provar la precisió de superfícies òptiques i lents.[28][29] Sent divergents els trayectes dels rajos de referència i de mostra, esta forma d'interferómetro és extremadament sensible a les vibracions i a les turbulències atmosfèriques en els trayectes de la llum, que interferixen en les medicions òptiques. Les mides de precisió d'una superfície òptica són també extremadament depenents de la calitat de l'òptica auxiliar.

Degut a que l'interferómetro scatterplate és un dispositiu de trayecte comú, els rajos de referència i de prova són automàticament emparellats, de modo que un patró de l'orde del zero pot ser fàcilment obtingut inclús en llum blanca. És relativament insensible a vibracions i turbulències, i la calitat de l'òptica auxiliar no és tan crítica com en un interferómetro de Twyman-Green. Aixina i tot, el contrast del patró d'interferència és més baix, i la seua característica zona focal poden fer-ho inadequat per a varis propòsits. S'ha descrit una gran varietat d'atres interferómetros de trayecte comú utilisats per al calibrat d'elements òptics.[13][30]

La Figura 1, en el seu cantó inferior dret, mostra un interferómetro instalat per a provar un espill esfèric. El dispositiu se situa prop del centre de curvatura de l'espill posat a prova. Presenta un patró de minúsculs pegats opacs en simetria inversa, pero en forma i distribució aleatòria.

  • (1) Una certa fracció de la llum passa directament a través de l'interferómetro, és reflectida per l'espill, pero llavors és dispersada quan troba el dispositiu per segona volta. Esta llum directa dispersada forma el raig de referència.
  • (2) Una certa fracció de la llum és dispersada quan passa a través de l'interferómetro, és reflectida per l'espill, pero llavors passa directament a través de l'interferómetro quan ho troba per segona volta. Esta llum forma el raig de prova, que es combina en el de referència per a formar patrons d'interferència.
  • (3) Una certa fracció de la llum passa directament a través de l'interferómetro en les seues dos trobades. Esta llum "directa-directa" genera una chicoteta, zona lluenta indesijable.
  • (4) Una certa fracció de la llum es dispersa en les seues dos trobades en l'interferómetro. Esta llum "dispersada-dispersada" reduïx el contrast global del patró d'interferència.[31]

Atres configuracions

editar

Existixen atres configuracions d'interferómetro de trayecte comú descrites documentalment, com l'interferómetro de foc doble, l'interferómetro de prisma de Saunders i molts uns atres.[13]

Els Interferómetros de trayecte comú han provat la seua utilitat en una gran varietat d'aplicacions que inclouen tomografía de coherència òptica, holografía digital, i la mida de retarts de fase.[1][32][33] La seua relativa immunitat a les vibracions externes és una característica excepcional que compartixen. Alguns tipos poden ser utilisats sense necessitat d'un fes de llum de referència. Aixina i tot, depenent de la seua topología, els seus patrons d'interferència poden ser més complicats d'interpretar que aquells generats per interferómetros de trayecte doble.

Referències

editar
  1. ↑ 1,0 1,1 Vakhtin, A.B.; Kane, D.J.; Wood, W.R.; Peterson, K.A. (2003).
  2. ↑ [enllaç trencat] (PDF).
  3. ↑ Hariharan, P (2007).
  4. ↑ 4,0 4,1 Anderson, R.; Bilger, H.R.; Stedman, G.E. (1994).
  5. ↑ Lin, S. C.; Giallorenzi, T. G. (1979).
  6. ↑ Michelson, A. A. and Morley, E.W. (1886).
  7. ↑ G. W. Hammar (1935).
  8. ↑ H. P. Robertson and Thomas W. Noonan (1968).
  9. ↑ Millerd, J.E.; Brock, N.J.; Hayes, J.B.; Wyant, J.C. (2004).
  10. ↑ Mercer, C.R.; Rashidnia, N.; Creath, K. (1996).
  11. ↑ Ferraro, P.; Paturzo, M.; Grilli, S. (2007).
  12. ↑ Naulleau, P. P.; Goldberg, K. A.; Lee, S. H.; Chang, C.; Attwood, D.; Bokor, J. (1999).
  13. ↑ 13,0 13,1 13,2 Mallick, S.; Malacara, D. (2007).
  14. ↑ Love, G.D.; Andrews, N.; Birch, P.; Buscher, D.; Doel, P.; Dunlop, C.; Major, J.; Myers, R.; Purvis, A.; Sharples, R.; Vick, A.; Zadrozny, A.; Restaino, S.R.; Glindemann, A. (1995).
  15. ↑ Paterson, C.; Notares, J. (2007).
  16. ↑ Strojnik, M.; Paez, G.; Mantravadi, M. (2007).
  17. ↑ Chanteloup, J. C. (2005).
  18. ↑ Ribak, E.N. "Interferometry following adaptive optics"
  19. ↑ Primot, J.; Guernineau, N. "Shearing interferometry for wavefront sensing"
  20. ↑ Newton, Isaac (1730).
  21. ↑ M. Lehmann, H. Lichte, Tutorial on off-axis electron holography, Microsc.
  22. ↑ Tonomura, A. (1999).
  23. ↑ Sun, K-X.; Fejer, M.M.; Gustafson, E.; Byer R.L. (1996).
  24. ↑ Freise, A.; Chelkowski, S.; Hild, S.; Pozzo, W. D.; Perreca, A.; Vecchio, A. (2009).
  25. ↑ Eberle, T.; Steinlechner, S.; Bauchrowitz, J. R.; Händchen, V.; Vahlbruch, H.; Mehmet, M.; Müller-Ebhardt, H.; Schnabel, R. (2010).
  26. ↑ "Testing Curved Surfaces and Lenses"
  27. ↑ Burch, J.M. "Scatter fringes of equal thickness".
  28. ↑ "Twyman-Green Interferometer".
  29. ↑ "Twyman-Green Interferometer".
  30. ↑ Dyson, J. (1957).
  31. ↑ Wyant, J.C. (2002).
  32. ↑ Mico, V.; Zalefsky, Z; Garcia, J. (2006).
  33. ↑ Márquez, A. S.; Yamauchi, M.; Davis, J. A.; Franich, D. J. (2001).


Referències

editar


Obtingut de «https://lenciclopedia.org/w/index.php?title=Interferómetro_de_trayecte_comú&oldid=899533»