INSTRUMENTOS EPÓNIMOS

El interferómetro de Michelson, inventado por Albert Abraham Michelson en 1880 es un interferómetro que permite medir distancias con una precisión muy alta. Su funcionamiento se basa en la división de un haz coherente de luz en dos haces para que recorran caminos diferentes y luego converjan a nuevamente en un punto. De esta forma se obtiene lo que se denomina la figura de interferencia que permitirá medir pequeñas variaciones en cada uno de los caminos seguidos por los haces. Este interferómetro fue usado por Michelson junto con Edward Morley para tratar de probar la existencia del éter, en el famoso experimento de Michelson y Morley.

En un principio, la luz es dividida por una superficie semiespejada (o divisor de haz) en dos haces. El primero es reflejado y se proyecta hasta el espejo (arriba), del cual vuelve, atraviesa la superficie semiespejada y llega al detector. El segundo rayo atraviesa el divisor de haz, se refleja en el espejo (derecha) luego es reflejado en el semiespejo hacia abajo y llega al detector.

El espacio entre el semiespejo y cada uno de los espejos se denomina brazo del interferómetro. Usualmente uno de estos brazos permanecerá inalterado durante un experimento, mientras que en el otro se colocarán las muestras a estudiar.

Hasta el observador llegan dos haces, que poseen una diferencia de fase dependiendo fundamentalmente de la diferencia de camino óptico entre ambos rayos. Esta diferencia de camino óptico puede depender de la posición de los espejos o de la colocación de diferentes materiales en cada uno de los brazos del interferómetro. Esta diferencia de camino hará que ambas ondas puedan sumarse constructivamente o destructivamente, dependiendo de si la diferencia es un número entero de longitudes de onda (0, 1, 2,...) o un número entero más un medio (0,5; 1,5; 2,5; etc.) respectivamente.

En general se emplean lentes para ensanchar el haz y que sea fácilmente detectable por un fotodiodo o proyectando la imagen en una pantalla. De esta forma el observador ve una serie de anillos, y al desplazar uno de los espejos notará que estos anillos comienzan a moverse. En esta forma se puede explicar la conservación de la energía, ya que la intensidad se distribuirá en regiones oscuras y regiones luminosas, sin alterar la cantidad total de energía.

Visualización de los anillos de interferencia.

Aplicaciones[editar]

Generalmente cuando se monta un interferometro de Michelson se observa una figura de interferencia inicial, de la que no se puede determinar cuál es la diferencia de camino, porque si se observa una suma constructiva sólo se puede inferir que la diferencia es múltiplo de la longitud de onda. Por esto el interferómetro se usa para medir pequeños desplazamientos; una vez que se tiene una figura de interferencia inicial, al cambiar la posición de uno de los espejos se verá que las franjas de interferencia se mueven. Si tomamos un punto de referencia, por cada franja que lo atraviese habremos movido el espejo una distancia equivalente a una longitud de onda (menor al micrómetro.)

Hacia fines del siglo XIX, este interferómetro se utilizaba con fuentes luminosas de descarga en gases, con un filtro y una pequeña rendija. En particular, para el experimento de Michelson y Morley, se utilizó la luz proveniente de alguna estrella. Actualmente en cualquier laboratorio de enseñanza básico se puede montar uno de estos interferómetros utilizando un láser.

Interferómetro de Michelson El interferómetro de Michelson produce franjas de interferencia mediante la división de un haz de luz monocromática, de modo que un rayo golpea un espejo fijo y el otro un espejo móvil. Cuando los haces reflejados son llevados de vuelta juntos hacia el detector, se produce un patrón de interferencia. Geometría de Michelson Franjas de Luz Blanca	Índice Conceptos de Interferencia
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Interferómetro de Michelson Franjas de Sodio Con el interferómetro de Michelson, se puede realizar mediciones de distancias precisas, moviéndo el espejo, y contando las franjas de interferencia que se mueven, respecto de un punto de referencia. La distancia d asociada con m franjas es d = mλ/2 .

 interferómetro de Fabry-Pérot, o Etalon está, normalmente, constituido por una placa con dos superficies reflectantes, o dos espejos paralelos altamente reflectantes (técnicamente, el primero es un etalon y el posterior es un interferómetro, pero la terminología se usa, con frecuencia, de manera indistinta). Cuando se determina su espectro de transmisión en función de la longitud de onda se verifica que existen picos de gran transmisión que corresponden a la resonancia del etalon. Se nombró en reconocimiento a Charles Fabry y Alfred Perot.¹​ "Etalon" proviene del francés étalon, que significa "cálculo de medida" o "estándar".²​

El efecto de resonancia de un interferómetro de Fabry-Pérot es idéntico al que se usa en un filtro dicroico. Los filtros dicroicos son colecciones secuenciales muy delgadas de interferómetros de Fabry-Pérot y están así caracterizados y diseñados usando las mismas reglas matemáticas.

Los etalones se usan con bastante frecuencia en telecomunicaciones, láseres y espectroscopia de control y medida de longitudes de onda. Los recientes avances en las técnicas de fabricación han permitido la creación de interferómetros de Fabry-Pérot extremadamente precisos.

• La aplicación común más importante es su uso como filtro dicroico, en el que una serie de capa de etalones se depositan sobre una superficie óptica mediante técnicas de deposición de vapor. Estos filtros ópticos tienen, usualmente, una capacidad reflectante exacta y pasan más bandas que los filtros de absorción. Por el propio diseño del filtro funcionan más fríos que los filtros de absorción puesto que pueden reflejar longitudes de onda no deseadas. Los filtros dicroicos se usan ampliamente en equipos ópticos tales como fuentes de luz, cámaras y equipos astronómicos.

• Empleo en redes de telecomunicaciones para el multiplexado de longitudes de onda en equipos add-drop multiplexers con bancos de etalones sintonizados de diamante o sílice fundida. Estos bancos son pequeños cubos iridiscentes de aproximadamente 2 mm de tamaño en un lado, montados en pequeños estantes mecanizados con alta precisión. Los materiales se eligen para mantener estables las distancias espejo a espejo y guardar la estabilidad de las frecuencias usadas en las transmisiones, incluso cuando varia la temperatura. Se prefiere el diamante porque presenta una mejor conducción del calor y un menor coeficiente de dilatación. Desde el año 2005, algunos equipos de comunicaciones comenzaron a usar etalones de estado sólido que son de fibra óptica. Esto elimina la mayoría de las dificultades de montaje, alineamiento y enfriamiento de los equipos.

Análisis Físico[editar]

La variación en la función de transmisión es debida a sucesivas reflexiones de la luz entre las superficies. Cuando los dos haces están en fase se da interferencia constructiva, mientras que si están fuera de fase se dará interferencia destructiva. El hecho que dos haces se encuentren o no en fase, depende de la longitud de onda de la luz, del ángulo con el que la luz atraviesa el etalon, el grosor del etalon y el índice de refracción del material.

La diferencia de fases entre un par de haces transmitidos está dada por δ:³​

${\displaystyle \delta =({\frac {2\pi }{\lambda }})2nl\cos \theta }$

Si ambas superficies tienen una reflectividad R, la función de Coeficiente de transmisión del etalon está dado por

${\displaystyle T_{e}={\frac {(1-R)^{2}}{1+R^{2}-2R\cos \delta }}={\frac {1}{1+F\sin ^{2}(\delta /2)}},}$

donde

${\displaystyle F={\frac {4R}{(1-R)^{2}}}}$

es el coeficiente de finesse.

El máximo de transmisión (${\displaystyle T_{e}=1}$) ocurre cuando la diferencia entre caminos ópticos (${\displaystyle 2nl\cos \theta }$) entre los haces transmitidos es un multiplo de la longitud de onda. En ausencia de absorción la reflectividad del etalon R_e es complemento de la transmitividade tal que ${\displaystyle T_{e}+R_{e}=1}$. El máximo de reflectividad está dado por:

${\displaystyle R_{\max }=1-{\frac {1}{1+F}}={\frac {4R}{(1+R)^{2}}}}$

y estos se da cuando la diferencia de camino es la mitad de un multiplo impar de la longitud de onda.