Un interferómetro de Fizeau [1] es una disposición interferométrica en la que dos superficies reflectantes se colocan una frente a la otra. Como se ve en la figura 1, la luz reflejada en la superficie trasera del primer reflector transparente se combina con la luz reflejada en la superficie delantera del segundo reflector para formar franjas de interferencia.
El término interferómetro de Fizeau también se refiere a una disposición interferométrica utilizada por Hippolyte Fizeau en un famoso experimento de 1851 que aparentemente apoyó la hipótesis de arrastre de éter parcial de Augustin Jean Fresnel , pero que finalmente jugó un papel fundamental en provocar una crisis en la física que condujo a El desarrollo de Einstein de la teoría de la relatividad especial . Ver el experimento de Fizeau .
Aplicaciones
Los interferómetros de Fizeau se utilizan comúnmente para medir la forma de una superficie óptica: normalmente, una lente o espejo fabricado se compara con una pieza de referencia que tiene la forma deseada. En la Fig. 1, se muestra el interferómetro de Fizeau como podría estar configurado para probar un plano óptico . Se coloca un piso de referencia calculado con precisión en la parte superior del piso que se está probando, separado por espaciadores estrechos. El piso de referencia está ligeramente biselado (solo es necesaria una fracción de un grado de biselado) para evitar que la superficie posterior del piso produzca franjas de interferencia. Un haz colimado de luz monocromática ilumina los dos planos, y un divisor de haz permite que las franjas se vean en el eje. [2] [3]
La pieza de referencia a veces se realiza mediante un elemento óptico difractivo (holograma generado por computadora o CGH), ya que este se puede fabricar mediante métodos litográficos de alta precisión. La figura 2 ilustra el uso de CGH en las pruebas. A diferencia de la figura, los CGH reales tienen un espaciado de línea del orden de 1 a 10 µm . Cuando la luz láser pasa a través del CGH, el haz difractado de orden cero no experimenta ninguna modificación del frente de onda. Sin embargo, el frente de onda del haz difractado de primer orden se modifica para adaptarse a la forma deseada de la superficie de prueba. En la configuración de prueba del interferómetro de Fizeau ilustrada, el haz difractado de orden cero se dirige hacia la superficie de referencia esférica, y el haz difractado de primer orden se dirige hacia la superficie de prueba de tal manera que los dos haces reflejados se combinan para formar franjas de interferencia. [4]
Los interferómetros Fizeau también se utilizan en sensores de fibra óptica para medir presión , temperatura , deformación , etc.
Experimento de arrastre de éter de Fizeau
Significado
En 1851, Fizeau usó una forma completamente diferente de interferómetro para medir el efecto del movimiento de un medio sobre la velocidad de la luz, como se ve en la Fig.3.
Según las teorías prevalecientes en ese momento, la luz que viaja a través de un medio en movimiento sería arrastrada por el medio, por lo que la velocidad medida de la luz sería una simple suma de su velocidad a través del medio más la velocidad del medio.
De hecho, Fizeau detectó un efecto de arrastre, pero la magnitud del efecto que observó fue mucho menor de lo esperado. Sus resultados aparentemente apoyaron la hipótesis parcial de resistencia al éter de Fresnel, una situación que desconcertaba a la mayoría de los físicos.
Pasó más de medio siglo antes de que se desarrollara una explicación satisfactoria de la medida inesperada de Fizeau con el advenimiento de la teoría de la relatividad especial de Einstein .
Configuración experimental
La luz reflejada por el divisor de haz inclinado se hace en paralelo usando una lente y se divide mediante ranuras en dos haces, que atraviesan un tubo que transporta agua que se mueve con una velocidad v . Cada rayo viaja por un tramo diferente del tubo, se refleja en el espejo de la izquierda y regresa a través del tramo opuesto del tubo. Por lo tanto, ambos rayos viajan por el mismo camino, pero uno en la dirección del flujo del agua y el otro opuesto al flujo. Los dos haces se recombinan en el detector, formando un patrón de interferencia que depende de cualquier diferencia en el tiempo que recorra los dos caminos. [5]
El patrón de interferencia se puede analizar para determinar la velocidad de la luz que viaja a lo largo de cada tramo del tubo.
Ver también
Referencias
- ^ Lawson, Peter R. "Principios de interferometría estelar de línea de base larga". Notas del curso de la Escuela de Verano Michelson de 1999, celebrada del 15 al 19 de agosto de 1999. Editado por Peter R. Lawson. Publicado por la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio, Laboratorio de Propulsión a Chorro, Instituto de Tecnología de California, Pasadena, CA, 2000.
- ^ "Directriz para el uso del interferómetro Fizeau en pruebas ópticas" (PDF) . NASA . Archivado desde el original (PDF) el 25 de septiembre de 2018 . Consultado el 8 de abril de 2012 .
- ^ "Dispositivos interferenciales - Interferómetro Fizeau" . Optique pour l'Ingénieur . Consultado el 8 de abril de 2012 .
- ^ Burge, JH; Zhao, C .; Dubin, M. (2010). "Medición de segmentos de espejos asféricos mediante interferometría de Fizeau con corrección CGH" (PDF) . Procedimientos de SPIE . Tecnologías modernas en telescopios e instrumentación espaciales y terrestres. 7739 : 773902. Código Bibliográfico : 2010SPIE.7739E..02B . doi : 10.1117 / 12.857816 .
- ^ Madera de Robert Williams (1905). Óptica física . La Compañía Macmillan . pag. 514 .
enlaces externos
- Algunas configuraciones de medición típicas del folleto del fabricante de interferómetros Zygo Corp.