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Interferómetro
Breve descripción
Un interferómetro es un instrumento óptico de alta precisión que divide un haz de luz en dos o más caminos separados y los recombina, creando un patrón de interferencia de franjas brillantes y oscuras. Permite la medición submicrométrica de distancias, longitudes de onda y planitud de superficies.
Uso / Función
- Metrología de Precisión: Medición de distancias y dilatación térmica con precisión del orden de la longitud de onda de la luz (nanómetros).
- Inspección de Superficies: Verificación de elementos ópticos, espejos y lentes para detectar defectos o falta de planitud a nivel microscópico.
- Medición de Índice de Refracción: Análisis de gases y líquidos observando cambios de fase al pasar la luz por una celda de muestra.
- Física Fundamental: Medición de la velocidad de la luz, comprobación de teorías ondulatorias y detección de ondas gravitacionales (ej. LIGO).
Principio de funcionamiento
- División del Haz: Una fuente de luz coherente o monocromática incide sobre un espejo semitransparente (divisor de haz), dividiendo la luz en dos caminos a 90 grados.
- Reflexión: Los haces divididos viajan a lo largo de brazos de referencia y de prueba de longitud igual o ajustable, reflejándose en espejos planos hacia el divisor.
- Recombinación e Interferencia: Al recombinarse los haces en el divisor, sus ondas de luz se superponen:
- Interferencia Constructiva: Las crestas coinciden, creando franjas brillantes.
- Interferencia Destructiva: Crestas y valles se cancelan, creando franjas oscuras.
- Desplazamiento de Franjas: Cualquier movimiento mínimo de un espejo de media longitud de onda ($\lambda / 2$) desplaza el patrón de interferencia en una línea completa.
Cómo crearlo
- Fuente de Luz: Utilizar una fuente de luz monocromática (como una lámpara de sodio o diodo láser) situada tras un orificio pequeño.
- Divisor de Haz: Montar una placa de vidrio parcialmente plateada (50% reflectante, 50% transmisiva) a 45 grados sobre una base rígida aislada de vibraciones.
- Espejos de Referencia y Objeto: Colocar dos espejos ópticos planos sobre tornillos micrométricos perpendiculares entre sí respecto al divisor.
- Placa Compensadora: Situar una placa de vidrio no plateada del mismo grosor en el brazo de referencia para igualar el recorrido en vidrio.
- Pantalla de Observación: Colocar una pantalla de vidrio despulido u ocular para observar las franjas de interferencia.
Materiales necesarios
- Esenciales: Placas ópticas de Vidrio de alta planitud (divisor y espejos), marco rígido de Latón o hierro pesado, base de Madera amortiguada.
- Herramientas: Tornillos de precisión (roscas micrométricas), polvos abrasivos para pulido de vidrio.
- Sustitutos: Vidrio común plateado para los espejos; láser helio-neón o LED monocromático.
Variantes y mejoras
- Interferómetro de Michelson: La configuración clásica de dos brazos utilizada en metrología de precisión y en el famoso experimento del éter.
- Interferómetro de Mach-Zehnder: Utiliza dos divisores de haz y dos espejos; ideal para analizar flujos de gas transparente o plasmas.
- Interferómetro de Fabry-Pérot: Emplea dos placas de vidrio reflectantes paralelas para crear franjas de interferencia muy nítidas en espectroscopia de alta resolución.
Límites y riesgos
- Sensibilidad a Vibraciones: Las vibraciones ambientales (pasos, ruido acústico) destruyen la estabilidad de las franjas a menos que se use una mesa pesada aislada.
- Deriva Térmica: Cambios de temperatura expanden los brazos mecánicos causando falsas variaciones en las franjas.
- Longitud de Coherencia: Requiere una fuente de luz con suficiente coherencia; la luz blanca de banda ancha solo forma franjas cerca de la diferencia de camino cero.