METROLOGIA OPTICA

la Metrologa ptica es la rama de la ptica que tiene como propsito efectuar medidas de muy alta precisin usando las ondas de la luz como escala. Esto se hace por medio de unos instrumentos llamados interfermetros, basados en el fenmeno de la interferencia

INTERFEROMETRO

El interfermetro es un instrumento que emplea la interferencia de las ondas de luz para medir con gran precisin longitudes de onda de la luz misma. Hay muchos tipos de interfermetros, en todos ellos se utilizan dos haces de luz que recorren dos trayectorias pticas distintas, determinadas por un sistema de espejos y placas que, finalmente, convergen para formar un patrn de interferencia.

INTERFEROMETROS

INTERFERENCIA Y DIFRACCION:

INTERFERENCIA: Cuando dos ondas se cruzan, interfieren y dan en el punto de cruce una resultante de caractersticas bien definidas -producto de la combinacin de las dos-, pero prosiguen sin modificarse la una a la otra, transportando cada una su energa. En el punto en que se cruzan las ondas (si sigue llegando el tren de ondas) la interferencia se mantiene en el tiempo con las mismas caractersticas inciales de fase o de desfase La superposicin de ondas puede dar origen a la interferencia tanto constructiva como destructiva de ellas, segn la fase en que se encuentren ambas en

INTERFERENCIA CONSTRUCTIVA

Una aplicacin:el estetoscopio.

INTERFERENCIA DESTRUCTIVA

Una aplicacin:la cancelacin del ruido

.ConstructivaA0 = A1 + A2

DestructivaA0 = A1 - A2

TIPOS DE INTERFERENCIA:

Interferencias en pelculas delgadas I: son aquellas que se dan en cuerpos cuya pelcula de reflexin son muy delgadas y donde los colores se deben a las interferencias entre la luz reflejada por la superficie inferior y la superior.

Interferencia en pelculas delgadas I: cuas de aire.- Interferencias en cuas de anchura h y longitud L: reflexin en una lmina de aire, son aquellas q se producen con este ya sea en movimiento o este estacionario y donde Se producen franjas brillantes y oscuras

Interferencias en pelculas delgadas I: Anillos de Newton.- las interferencias en superficies esfricas situadas sobre un soporte plano la reflexin en una lmina de aire incidiendo una lus blanca generan ondas en la burbuja reflejando el haz luminoso fuera del como se observa en la fig. Posiciones de las franjas brillantes:

Posiciones franjas oscuras

Interferencia de dos fuentes: franjas de Young

Interferencia mltiple.- Si se utiliza el modelo de las franjas de Heidinger en el caso de una interferencia mltiple, debida a las reflexiones internas en la capa de dielctrico

Difraccin

El fenmeno de la difraccin es un fenmeno de tipo interferencial y como tal requiere la superposicin de ondas coherentes entre s. Los efectos de la difraccin disminuyen hasta hacerse indetectables a medida que el tamao del objeto aumenta comparado con la longitud de onda. En fsica, la difraccin es un fenmeno caracterstico de las ondas consiste en la dispersin y curvado aparente de las ondas cuando encuentran un obstculo. La difraccin ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras , ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnticas como la luz y las ondas de radio

Lmite de resolucin por difraccin

La difraccin es un factor limitante en la calidad de las imgenes producidas por ocultamiento ptico. La difraccin producida por una abertura circular produce un patrn de interferencia caracterstico de modo que la imagen obtenida de una fuente de luz puntual forma una mancha difusa con un patrn de lneas concentradas en una sola.

Una fuente monocromtica es aquella que emite luz con una nica frecuencia , Dos fuentes monocromticas se dicen coherentes cuando emiten luz con la misma frecuencia y longitud de onda. Deben tener una relacin de fase definida y constante. Luz coherenteLuz no coherente

TIPOS DE INTERFEROMETROS:

Interfermetro de Michelson : El interfermetro de Michelson consiste bsicamente en una fuente lser divergente, la cual, al encontrarse un divisor de haz, es separada en dos frentes de onda idnticos, propagndose en direcciones perpendiculares. Estos haces se reflejan en sendos espejos planos, volvindose a re combinar tras el divisor de haz. Si los espejos estuviesen situados a la misma distancia del divisor de haz, entonces, despreciando las diferencias debidas al espesor del espejo, los haces se re combinaran en fase, y no se obtendra ningn patrn de interferencia.

Si se alejan los espejos, entonces las diferencias de camino ptico producir franjas de interferencia, que dependern tanto de la distancia entre los espejos como de la longitud de onda de la radiacin utilizada. Por esta razn, el interfermetro se utiliza tanto para determinar distancias como para determinar longitudes de onda.

Interfermetro de Fabry-Perot Si se hace interferir un gran nmero n de fuentes coherentes, las zonas de interferencia constructiva de todas ellas determinan una amplitud n veces mayor que la individual y una intensidad n2 mayor, es decir existen zonas muy luminosas, aunque muy estrechas, por ser ms rara la interferencia constructiva de un nmero mayor de fuentes.

Consiste en dos placas planas de vidrio o de cuarzo, cuyas caras interiores se encuentran revestidas de plata o de aluminio, lo bastante gruesas como para permitir un coeficiente de transmisin t pequeo. Las placas metlicas estn dispuestas segn dos planos paralelos separados una distancia d.

con lo que se tiene un desfase: jn+1 = jn + 2k(d)(cosq)-1-2k (d sen2q)(cosq)-1

Interferometro de Young Luz monocromtica procedente de una fuente puntual ( una rendija simple) que pasa por dos ranuras separadas una distancia d Las interferencias se recogen en una pantalla situada a distancia L de las rendijas

Filtros : rectificadores de onda El esquema de un filtro de Mach-Zehnder, est compuesto por dos acopladores de -3dB y dos tramos de fibra de diferente longitud, uno de L + y otro L . El substrato utilizado es normalmente silicio y las regiones de la gua de ondas son de SiO2 , el cual tiene un elevado ndice de refraccin.

Rectificado de una onda :

Aplicaciones del interfermetro La interferometra es ahora una herramienta indispensable en muchas actividades en las que sea necesario realizar mediciones. A partir de 1947 se han extendido estas tcnicas a las ondas de radio, inicindose as la radiointerferometra astronmica. Hoy en da, por medio de tcnicas interferomtricas se pueden realizar una gran variedad de medidas sumamente precisas, entre las que podemos mencionar las siguientes:

a) Medida y definicin del metro patrn El primero que tom la longitud de onda de la luz como referencia para especificar longitudes de objetos fue Michelson. Esto se hace por medio del interfermetro que se mostro anteriormente, donde el primer objetivo es medir la separacin entre dos espejos, los que forman un sistema llamado etaln. La separacin entre los espejos del etaln es un mltiplo entero de medias longitudes de onda de la luz empleada, a fin de que los haces reflejados en ambos espejos del etaln estn en fase. El proceso es bastante laborioso, pues hay necesidad de usar un gran nmero de etalones, donde cada uno tiene aproximadamente el doble de longitud que el anterior. La razn 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 limitacin es la coherencia del haz luminoso, que se describir ms tarde en la seccin de lseres. Actualmente, con el lser, es mucho ms simple la medicin del metro patrn por interferometra.

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b) Medida de las deformaciones de una superficie Frecuentemente, debido a causas muy variadas, una superficie puede tener deformaciones pequesimas que no son detectables a simple vista. A pesar de su reducida magnitud, estas deformaciones pueden ser el sntoma de problemas graves presentes o futuros. Como ejemplo, podemos mencionar una fractura de un elemento mecnico de un avin o de una mquina. Otro ejemplo es un calentamiento local anormal en un circuito impreso o en una pieza mecnica sujeta a friccin. Finalmente, Otro ejemplo es una deformacin producida por esfuerzos mecnicos que ponen en peligro la estabilidad del cuerpo que los sufre. Es aqu donde la interferometra tiene un papel muy importante, detectando y midiendo estas pequesimas deformaciones de la superficie. Esta aplicacin de las tcnicas interferomtricas es especialmente til y poderosa si se le combina con tcnicas hologrficas, en un proceso llamado interferometra hologrfica. La figura muestra un ejemplo de deformacin local de la superficie de una cubeta de plstico, medida con interferometra hologrfica.

c) Determinacin de la forma exacta de una superficieLas superficies pticas de los instrumentos modernos de alta precisin tienen que tallarse de tal manera que no tengan desviaciones de la forma ideal, mayores de una fraccin de la longitud de onda de la luz. Para hacer el problema todava ms difcil, la superficie muy frecuentemente no es esfrica sino de cualquier otra forma, a la que de modo general se le denomina asfrica. Esta superficie asfrica puede ser, por ejemplo, un paraboloide o un hiperboloide de revolucin, como ocurre en los telescopios astronmicos, donde adems la superficie a tallar puede ser de varios metros de dimetro. Es fcil comprender lo difcil 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 interferometra, con tcnicas muy diversas y complicadas que no es posible describir aqu. La figura muestra el interferograma del espejo principal o primario de un telescopio. Si la superficie fuera perfectamente esfrica, las franjas de interferencia seran rectas. La pequea curvatura de las franjas se debe a que la superficie es ligeramente elipsoidal en lugar de esfrica, aunque la desviacin es apenas alrededor de media longitud de onda, lo que es aproximadamente tres diezmilsimas de milmetro.

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d) Alineacin de objetos sobre una lnea recta perfecta Es frecuente que aparezca la necesidad de tener una lnea 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 precisin debe ser tanto ms recta cuanto ms fino sea el torno. En este problema y muchos otros en los que se requiera alinear algo con muy alta precisin, la interferometra es un auxiliar muy til.

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e) Determinacin muy precisa de cambios del ndice de refraccin en materiales transparentes Los vidrios pticos, plsticos o cristales que se usan en las lentes, prismas y dems elementos pticos tienen que ser de una alta homogeneidad tanto en su transparencia como en su ndice de refraccin. Esto es especialmente necesario si el instrumento ptico que los usa es de alta precisin. Esta homogeneidad de los materiales transparentes se mide con la tolerancia que sea necesaria por medio de interferometra.

f) Determinacin 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, alargndose o acortndose, segn que el objeto luminoso se aleje del observador o se acerque a l, respectivamente. Este es el llamado efecto Doppler, que se descubri primero para las ondas sonoras y posteriormente para la luz. Por medio de interferometra se pueden detectar y medir variaciones sumamente pequeas en la longitud de onda, lo que permite detectar movimientos o cambios tambin muy pequeos 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 lquidos o de gases.

g) Medicin de ngulos Los ngulos, al igual que las distancias, tambin se pueden medir con muy alta precisin por medio de tcnicas interferomtricas. Por ejemplo, el paralelismo entre las dos caras de una placa de vidrio de caras planas y paralelas, o el ngulo recto entre las dos caras de un prisma se pueden medir

h) En la Astronoma.

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