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http://www.ecured.cu/index.php/Interfermetro[23/04/2015 01:03:13 a.m.]

Contenido1 Tcnicas interferometra2 Interfermetros pticos3 Clasificacin4 Medicin de la longitud de onda de la luz5 Medicin de distancias

5.1 Medicin de ndices de

El interfermetro

interfermetro de Fizeau compacto Intellium Z100 series.

Interfermetro

Se trata de aparatos pticos o radioastronmicos que, con diversos mtodos, aprovechan el fenmeno de Interferencia de las radiaciones electromagnticas para diferentes tipos de medidas astronmicas. 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

Tcnicas interferometraUna de las tcnicas de interferometra, tanto ptica como radial, consiste en la observacin de la propia fuente estelar con dos telescopios (o bien con dos radiotelescopios) distantes entre s de manera que haya un desfase en las seales que llegan. A partir de este desfase, a travs de una elaboracin electrnica de las seales recibidas, se puede llegar a la exacta posicin y al dimetro angular de una

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refraccin6 El interfermetro en Astronoma7 El experimento de Michelson y Morley8 Interfermetro de Michelson9 Fuente

estrella, o bien, en el caso de estrellas dobles, al valor de su separacin angular.

Interfermetros pticosUno de los interfermetros pticos ms avanzados se encuentra en el observatorio de Narrabi, en Australia, a unos 400 km al nordeste de Sidney, y consiste en dos reflectores de 6,5 metros de dimetro, cada uno formado por 251 pequeos elementos reflectores que son conectados a distancias de hasta 200 metros el uno del otro.

Imagesinterf.jpeg

En el caso de los radiotelescopios, se ha perfeccionado desde hace algunos aos la interferometra sobre lneas de base muy grandes, que consiste en conectar entre s grandes antenas parablicas distantes millares de kilmetros. El poder resolutivo de instrumentos as unidos equivale al de una nica e inmensa antena de dimetro igual a la longitud de la lnea de base.

Los interfermetros usados en el laboratorio, se sirven de una nica fuente real para producir dos fuentes virtuales coherentes a partir de ella.

ClasificacinLos interfermetros se clasifican en dos grupos segn la forma en que producen las fuentes virtuales: divisin de frente de onda y divisin de amplitud.

En el primer caso, se usan porciones del frente de onda primario, bien sea directamente como fuentes secundarias virtuales o en combinacin con otros dispositivos pticos.

En el segundo caso, el haz primario se divide en dos haces secundarios, los cuales viajan por diferentes caminos antes de recombinarse e interferir.

Medicin de la longitud de onda de la luzPara medir la longitud de onda de un rayo de luz monocromtica se utiliza un interfermetro dispuesto de tal forma que un espejo situado en la trayectoria de uno de los haces de luz puede desplazarse una distancia pequea, que puede medirse con precisin, con lo que es posible modificar la trayectoria ptica del haz.



Cuando se desplaza el espejo una distancia igual a la mitad de la longitud de onda de la luz, se produce un ciclo completo de cambios en las franjas de interferencia. La longitud de onda se calcula midiendo el nmero de ciclos que tienen lugar cuando se mueve el espejo una distancia determinada.

Medicin de distanciasCuando se conoce la longitud de onda de la luz empleada, pueden medirse distancias pequeas en la trayectoria ptica analizando las interferencias producidas. Esta tcnica se emplea, por ejemplo, para medir el contorno de la superficie de los espejos de los telescopios.

Medicin de ndices de refraccinLos ndices de refraccin de una sustancia tambin pueden medirse con un interfermetro, y se calculan a partir del desplazamiento en las franjas de interferencia causado por el retraso del haz.

El interfermetro en AstronomaLos interfermetros son utilizados en astronoma como medio para medir el dimetro de las estrellas ms grandes, detectando pequeas diferencias en el ngulo de incidencia, y poder observar as sus diferencias

de brillo. Imagen obtenida con un interfermetro de Michelson utilizando luz lser. En

astronoma el principio del interfermetro tambin se emplea para medir el dimetro de estrellas grandes relativamente cercanas como, por ejemplo, Betelgeuse. Como los interfermetros modernos pueden medir ngulos extremadamente pequeos, se emplean tambin en este caso en estrellas gigantes cercanas para obtener imgenes de variaciones del brillo en la superficie de dichas estrellas. Recientemente ha sido posible, incluso, detectar la presencia de planetas fuera del Sistema Solar a travs de la medicin de pequeas variaciones en la trayectoria de las estrellas. El principio del interfermetro se ha extendido a otras longitudes de onda y en la actualidad est generalizado su uso en radioastronoma.

El experimento de Michelson y MorleyCon el interfermetro se realiz uno de los experimentos ms famosos de la historia de la fsica, con el cual ambos investigadores intentaron medir la velocidad de la Tierra en el supuesto ter luminfero. En dicho experimento se encontr que la velocidad de la luz en el vaco es constante, independiente del observador, lo que es uno de los postulados de la Teora de la Relatividad Especial de Albert Einstein.

Un interfermetro es un dispositivo que utiliza franjas de interferencia para llevar a cabo medidas precisas de distancias. (En la siguiente figura se muestra un diagrama esquemtico de un interfermetro de Michelson).



Interferondiagrama1.GIF

La luz procedente de una fuente puntual incide sobre una placa A, parcialmente plateada de forma que divide el haz reflejando una parte y transmitiendo otra. El haz reflejado viaja hasta el espejo M2 y es de nuevo reflejado hasta el ojo situado en O. El haz transmitido viaja a travs de una placa compensadora B, que tiene el mismo espesor que la placa A, llega al espejo M1 y se refleja de nuevo hacia la placa A y luego al ojo en O. El objeto de la placa compensadora B es conseguir que ambos haces atraviesen el mismo espesor de vidrio. El espejo M1 es fijo, pero el espejo M2 se puede desplazar hacia delante y atrs mediante un sistema de ajustes con tornillos muy fino y exactamente calibrado. Los dos haces se combinan en O y forman un diagrama de interferencia.

Este diagrama se comprende ms fcilmente considerando el espejo M2 y la imagen del espejo M1 producida por el espejo del divisor del haz A. Esta imagen la designaremos por M'1 en el esquema. Si los espejos M1 y M2 estn exactamente perpendiculares entre s y equidistantes del divisor del haz, la imagen de M'1 coincidir con M2. Si no es as, M'1 estar ligeramente desplazada y formar un pequeo ngulo con respecto a M2. El diagrama de interferencia en O ser entonces el de una pelcula delgada en forma de cua de aire entre M'1 y M2. Si ahora se mueve el espejo M2, se desplazar el diagrama de franjas. Si se conoce la distancia que se ha movido el espejo M2, puede determinarse la longitud de onda de la luz.

Otra aplicacin del interfermetro es la medicin del ndice de refraccin del aire( o de cualquier otro gas). Uno de los haces procedentes de la placa A se hace pasar a travs de un recipiente en el que se puede hacer el vaco. La longitud de onda de la luz en el aire l' est relacionada con la que posee en el vaco por l'= l/n, en donde n es ndice de refraccin del aire. Cuando se hace el vaco en el recipiente mencionado, la longitud de onda que pasa a su travs aumenta de modo que existen menos ondas en la longitud del recipiente. Esto origina un desplazamiento del diagrama de franjas. Midiendo dicho desplazamiento puede determinarse el ndice de refraccin.

Interfermetro de MichelsonEl 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 recombinar 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 recombinaran 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. La mejor forma de analizar el interfermetro de Michelson es considerar el esquema "equivalente", formado por las imgenes que de la fuente lser determinan los espejos, y alinear el sistema. Los puntos F,F' son las imgenes que el sistema ptico determina para la fuente cuando se contempla desde la pantalla, siendo d la diferencia de camino (de ida y vuelta) entre los dos brazos del interfermetro.

Si se utiliza el modelo de franjas de Haidinger, prescindiendo de la fase aditiva p, en el interfermetro de Michelson, las franjas tienen lugar cuando

k d cosq = m p m =2ld cosq

donde d es la distancia aparente entre los dos espejos y m es el orden de la franja; si crece d entonces crece q para m constante (desde Origen).

Interfdiagrama3.gif

Para un mismo punto de la pantalla, si se procede a mover un espejo, Dm = [ 2/(l)] cosqDd, o bien, si se introduce una caja de espesor d con un medio de ndice de refraccin n, entonces, para medir n se puede utilizar la frmula

Dm =2l d cosqks Dn

El interfermetro tambin se utiliza para la comparacin de longitudes de onda con q 0. Para ello se vara d hasta superponer las franjas de las dos longitudes de onda y a partir de este punto, se sigue variando d hasta que se produce la prxima coincidencia, con lo que

D(2) d = N D(2l) d = N +1 Dll=l2 Dd

En el siguiente applet se superponen los patrones de interferencia de dos haces una de cuyas longitudes de onda puede ser ajustadas con las barras superior e inferior, mientras que d puede ser ajustado con la barra derecha.



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Categoras: Aparatos cientficos Instrumentos de medicin Ondas electromagnticas Luz

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