O2- ¿Qué es la metrología óptica?

Febrero 26, 2021.

Es una ciencia y tecnología relacionada con la medición de la luz. Pertenece a una rama de la física que tiene como objetivo tomar medidas de muy alta precisión usando ondas de luz como escala, es una herramienta maravillosa y se aplica para diferentes campos.

Las mediciones normalmente se realizan por medio de instrumentos llamados interferómetros, estos se basan en el fenómeno de la interferencia, que es cuando dos ondas luminosas se superponen sobre una pantalla. Estas ondas tienen la misma frecuencia y son sincrónicas, es decir su diferencia de fase y distancias entre las crestas de ambas ondas son constantes en el tiempo. Este fenómeno se logra cuando los haces de luz que se interfieren proviene de una misma fuente luminosa.

Existen dos procedimientos para lograr este comportamiento, el primero se denomina división de amplitud y el segundo, división de frente de onda. Usando estos dos métodos básicos se han diseñado una gran cantidad de interferómetros, con los que se pueden efectuar medidas sumamente precisas.

Algunas aplicaciones de la interferometría son:

• Medida y definición del metro patrón.

• Medida de las deformaciones de una superficie.

• Determinación de la forma exacta de una superficie.

• Alineación de objetos sobre una línea recta perfecta.

• Determinación muy precisa de cambios del índice de refracción en materiales transparentes.

• Determinación muy precisa de velocidades o variaciones en su magnitud.

• Medición de ángulos.

A continuación, algunos tipos de interferómetros

Interferómetro de cizallamiento por cuña de aire.

Ejemplo de interferómetro de cuña de aire. Autor: enciclopedia libre Wikipedia

Es uno de los interferómetros más comunes y es utilizado para visualizar la perturbación del frente de onda, seguidamente de la propagación a través de un objeto de prueba. “Utiliza un espacio de aire estrecho entre dos superficies de vidrio óptico, este interferómetro se compone de dos cuñas de vidrio óptico (2-5 grados), empujadas juntas y luego ligeramente separadas de un lado para crear un espacio de aire delgado cuña. Esta cuña de aire tiene una propiedad única: es muy delgada (escala micrométrica) y tiene una planitud perfecta (~ λ / 10) [1]

Dentro sus aplicaciones son especiales para experimentos con láseres de alta potencia, una ventaja es que gracias a que tiene un grosor de micrómetros funciona con cualquier fuente de luz, cuenta con una división de haz angular, que es ajustable, y sus elementos ópticos estándar son de bajo costo.

Interferómetro astronómico

La luz captada por los tres telescopios auxiliares del VLT ESO, es combinada utilizando la técnica de interferometría.Autor: ESO

Los interferómetros astronómicos permiten obtener imágenes cómo estrellas, nebulosas, y galaxias. Un interferómetro simple está compuesto por un matriz de distintos telescopios, segmentos de espejo o telescopio de radio antenas, y se unen un solo telescopio. Teóricamente con esta técnica produce imágenes con la resolución angular de un enorme telescopio con apertura igual. Pero es más conveniente en objetos astronómicos luminosos.

En la interferometría astronómica para formar un interferómetro telescopio muy grande (VLTI), tiene una técnica exigente ya que combina un sistema complejo de espejos que lleva la luz de los diferentes telescopios a los instrumentos astronómicos, las trayectorias deben mantenerse iguales dentro 1/1000 nm en distancias de unos pocos cientos de metros. Para los telescopios unitarios, esto da un diámetro de espejo equivalente de hasta 130 metros (430 pies), y al combinar los telescopios auxiliares, se pueden lograr diámetros de espejo equivalentes de hasta 200 metros (660 pies). Esto es hasta 25 veces mejor que la resolución de un telescopio de una sola unidad VLT. [2]

Uno de los problemas que tienen los interferómetros es que la turbulencia atmosférica limita las observaciones de estrellas, pero han demostrado ser útiles a la hora de realizar mediciones en parámetros estelares simples, como tamaño y posición.

[1] Interferómetro de cizallamiento por cuña de aire https://es.qaz.wiki/wiki/Air-wedge_shearing_interferometer

[2] Interferómetro astronómico - https://es.qaz.wiki/wiki/Astronomical_interferometer