Química

Interferometría: medición de interferencias y longitud

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Interferómetro de Michelson

Una de las aplicaciones técnicas más importantes de la interferencia es la interferometría, es decir, la medición de longitud extremadamente precisa mediante la interferencia.

Muchas de las estructuras comunes se remontan a la forma básica del llamado interferómetro de Michelson (A.A. Michelson, 1887), que conocerá a continuación.

El interferómetro de Michelson

A diferencia de Michelson, hoy en día se utilizan láseres en lugar de fuentes de luz convencionales cuando se construye un interferómetro de espejo por razones de coherencia. Por lo tanto, uno tiene una fuente de luz cuasi monocromática con longitud de onda λ0.

Consideremos la siguiente figura para comprender el principio del interferómetro de Michelson.

El rayo láser (longitud de onda λ0) primero se encuentra con la placa de vidrio HDS, que está finamente plateada en su parte posterior y, por lo tanto, actúa como un espejo semitransparente. En la parte posterior del haz, el haz se divide en una parte transmitida (1) y una reflejada (2), por lo que se habla de un interferómetro divisor de amplitud, ya que la división de la intensidad incidente corresponde a una división de la amplitud. de la ola incidente.

El haz 2 ahora cubre una trayectoria constante en el primero de los dos brazos del interferómetro s retrocede hasta que golpea el espejo fijo S2 y se refleja de nuevo en este. Luego se transmite parcialmente en el espejo semitransparente HDS. Hasta este momento, el rayo 2 ha cubierto una longitud de trayectoria óptica que principalmente (¡refracción en la placa de vidrio!) Se basa en la trayectoria geométrica. 2s resultados, por lo que hay que tener en cuenta que esta corrió dos veces en ocasiones dentro de la placa de vidrio HDS y, además, saltos de fase en ambas reflexionesπ ocurrió. Cuando se refleja por primera vez, la plata es, por supuesto, ópticamente más densa que el vidrio.

En el otro brazo del interferómetro, el haz 1 (transmitido a través de la placa de vidrio HDS) pasa primero a través de la denominada placa compensadora KP, que es completamente idéntica a la placa de vidrio HDS excepto por la falta de una capa reflectante de plata. Luego está en el espejo móvil S1 (el que está alrededor de la pista D desplazado), pasa de nuevo a través de la placa compensadora KP y se refleja parcialmente en la placa de vidrio HDS.

Luego interfiere con el rayo 2 en una pantalla de visualización distante (alternativamente: uso de una lente colectora).

La placa compensadora asegura elegantemente que el haz 1 no tenga otra diferencia con la longitud de la trayectoria óptica del haz 2 excepto por la trayectoria más larga hacia el espejo móvil S1: también experimenta dos saltos de fase en sus reflejos, y gracias a la placa compensadora cubre el mismas distancias dentro del vidrio como el rayo 2. La diferencia de longitud de la trayectoria óptica Δ entre los dos rayos se reduce así a su diferencia de trayectoria geométrica de 2D. Se aplica lo siguiente: Δ=2D Como ya se mencionó, los dos trenes de ondas parciales interfieren constructivamente si (para k = 0,1,2, ...) se aplica: Δ=kλ0, por lo que el espejo en movimiento a la distancia D=kλ02 fue movido. En este caso, un punto brillante (máximo) es visible en el centro de la pantalla de visualización.

Si el cambio está en contra D=(2k+1)λ04, existe una interferencia destructiva entre los dos haces parciales.

Debido a la divergencia del rayo láser (luz, pero aún presente), los rayos no axiales (diferentes ángulos de incidencia) también caen sobre el espejo semitransparente, cuyos rayos parciales divididos interfieren en la pantalla de visualización en diferentes ángulos (no en el centro) de acuerdo con su diferencia de longitud de trayectoria óptica. Esto es entonces en un ángulo de divergencia α por cierto Δ=2Dporqueαcómo pensar en ello.

Para ello, observe la siguiente figura, en la que la placa compensadora KP, entre otras cosas, no se ha dibujado para una mejor visión general.

Por lo tanto, se observa alrededor del máximo central (o mínimo, dependiendo de la distancia de desplazamiento D) un patrón de anillo de máximos y mínimos alternos de orden superior, como se puede ver en la siguiente foto.


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