¿Qué es un Interferómetro?
Un interferómetro es un aparato que mide los fenómenos de interferencia que se producen cuando la luz incide sobre un objeto.
Los fenómenos de interferencia varían en función del material del objeto, el estado de su superficie y otros factores. A partir de las diferencias en los fenómenos de interferencia, se puede medir la forma de la superficie de cada objeto, el índice de refracción y el tamaño del objeto.
El tamaño que puede medirse con un interferómetro es de varios a varias decenas de centímetros como máximo. Si la muestra que se va a medir es grande, hay que cortarla en trozos.
Hay varios tipos de interferómetros, los de Michelson, los de Mach-Zehnder y los interferómetros de Fizeau. De todos ellos, el más representativo es el interferómetro de Fizeau.
Usos de los Interferómetros
Los interferómetros pueden medir varios elementos, pero a menudo se utilizan para medir el índice de refracción.
Concretamente, para evaluar el rendimiento de las películas antirreflectantes para vidrio y películas base. Cuando la luz incide sobre el vidrio o las películas base, se producen reflejos.
Cuando se producen reflexiones, la calidad de la transmisión se deteriora debido a la generación de ruido y a la pérdida de señales transmitidas. Por lo tanto, es necesario suprimir los reflejos.
La luz reflejada por una película antirreflectante se diseña de forma que esté en fase opuesta a la luz reflejada en la superficie de la película base. La luz con fases diferentes provoca fenómenos de interferencia y se anula mutuamente. La anulación permite el paso de toda la luz. Además de para la luz visible, también se fabrican filtros antirreflectantes para la luz ultravioleta y la infrarroja.
Principio de la Interferometría
Los interferómetros utilizan el fenómeno de la interferencia para realizar mediciones.
La luz tiene las propiedades de una onda. Debido a su naturaleza ondulatoria, oscila periódicamente. Cuando diferentes ondas se superponen, cambia el estado de oscilación y se genera una nueva onda. La generación de nuevas ondas por superposición se denomina interferencia.
Dependiendo del tipo de onda superpuesta, no sólo adopta una nueva forma, sino que la propia onda puede desaparecer. Las ondas son periódicas, por lo que suelen representarse mediante funciones seno y cos. Además de propiedades ondulatorias, la luz también tiene propiedades de partícula.
La intensidad de la luz depende del número de partículas. Si el número de partículas es alto, la luz se hace más intensa; por el contrario, si el número es bajo, la luz se hace más débil. La forma de la onda cambia en función de la intensidad de la luz; si la luz es débil, la onda se ensancha.
Si la superficie es rugosa, la luz entra en ángulo, por lo que la luz que incide en la superficie es más débil que cuando entra de frente. Esto puede utilizarse para determinar el estado de la superficie.
Las franjas de interferencia resultantes se utilizan para el análisis numérico. Un método típico es la transformada de Fourier. Mediante la transformada de Fourier, se extrae el espectro de frecuencias de las franjas de interferencia.
Mediante la transformación inversa de Fourier del espectro extraído, se puede obtener la información de fase del material medido.
Telescopios que utilizan Interferómetros
Los interferómetros son conocidos como un tipo t de radiotelescopio.
Se trata de un instrumento en el que varios radiotelescopios se colocan a distancia entre sí y las ondas de radio recibidas se interfieren para obtener una resolución efectivamente elevada. Se caracteriza por una resolución equivalente a la de un radiotelescopio gigante, lo que no es posible con un radiotelescopio único.
En un interferómetro, las ondas electromagnéticas de una frecuencia (longitud de onda) específica obtenidas de un par de telescopios se interfieren para obtener las condiciones en las que es más probable que se realcen mutuamente.
Cuando las señales de los dos telescopios se ajustan a las condiciones de mayor intensificación, se mide con precisión la diferencia de camino óptico entre los dos telescopios en ese momento. El principio es que la diferencia de camino óptico medida puede utilizarse entonces para deducir la posición exacta del objeto celeste.
Uno de los principales radiotelescopios que utiliza este principio es el telescopio ALMA. El telescopio ALMA se construyó en el desierto de Atacama, en la República de Chile (Sudamérica).
El telescopio ALMA está formado por un gran número de pequeños telescopios dispuestos en una amplia zona, que están conectados entre sí para formar un telescopio gigante. El telescopio está formado por 66 unidades.
Aplicaciones Interferométricas
Una de las aplicaciones de la interferometría es la medición de ondas gravitacionales mediante interferómetros láser. En esta medición de ondas gravitacionales, se crea un resonador Fabry-Perot con dos espejos, en el que incide la luz de un láser.
Las ondas reflejadas en dos direcciones diferentes, reflejadas por los espejos del resonador, interfieren entre sí, reforzando y debilitando la luz. Si los picos y valles de las dos ondas reflejadas se ajustan de forma que se solapen, se debilitan y anulan mutuamente.
En esta situación, una de las dos direcciones del espacio que se extiende en sentido perpendicular a la llegada de las ondas gravitatorias se amplía y la otra se contrae.
La distancia recorrida por los rayos láser en las dos direcciones cambia ligeramente, lo que provoca un ligero desplazamiento en la forma en que los picos y los valles se superponen cuando interfieren. En este momento se puede observar la señal luminosa de interferencia y detectar la señal de ondas gravitacionales.