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El espejo de Lloyd es un experimento de óptica que fue descrito por primera vez en 1834 por Humphrey Lloyd en las Transactions of the Royal Irish Academy . [1] Su objetivo original era proporcionar más pruebas de la naturaleza ondulatoria de la luz , más allá de las proporcionadas por Thomas Young y Augustin-Jean Fresnel . En el experimento, la luz de una fuente de rendija monocromática se refleja en una superficie de vidrio en un ángulo pequeño y, como resultado, parece provenir de una fuente virtual . La luz reflejada interfiere con la luz directa de la fuente, formando franjas de interferencia .[2] [3] Es la onda óptica análoga a un interferómetro marino . [4]

Configuración [ editar ]

Figura 1. Espejo de Lloyd
Figura 2. El experimento de dos rendijas de Young muestra un patrón de difracción de una sola rendija encima de las franjas de interferencia de dos rendijas.

Lloyd's Mirror se utiliza para producir patrones de interferencia de dos fuentes que tienen diferencias importantes con los patrones de interferencia observados en el experimento de Young .

En una implementación moderna del espejo de Lloyd, un rayo láser divergente incide en un espejo de la superficie frontal en un ángulo rasante , de modo que parte de la luz viaja directamente a la pantalla (líneas azules en la figura 1) y parte de la luz se refleja en el espejo a la pantalla (líneas rojas). La luz reflejada forma una segunda fuente virtual que interfiere con la luz directa.

En el experimento de Young, las rendijas individuales muestran un patrón de difracción sobre el cual se superponen franjas de interferencia de las dos rendijas (Fig. 2). En contraste, el experimento del espejo de Lloyd's no usa rendijas y muestra interferencia de dos fuentes sin las complicaciones de un patrón de difracción de una sola rendija superpuesta.

En el experimento de Young, la franja central que representa la misma longitud del camino es brillante debido a la interferencia constructiva . Por el contrario, en el espejo de Lloyd, la franja más cercana al espejo que representa la misma longitud de trayectoria es oscura en lugar de brillante. Esto se debe a que la luz que se refleja en el espejo sufre un cambio de fase de 180 ° y, por lo tanto, causa una interferencia destructiva cuando las longitudes de la trayectoria son iguales o cuando difieren en un número entero de longitudes de onda.

Aplicaciones [ editar ]

Litografía de interferencia [ editar ]

La aplicación más común del espejo de Lloyd es en fotolitografía UV y nanopatrones. El espejo de Lloyd tiene importantes ventajas sobre los interferómetros de doble rendija. Si se desea crear una serie de franjas de interferencia estrechamente espaciadas utilizando un interferómetro de doble rendija, se debe aumentar la separación d entre las rendijas. Sin embargo, aumentar el espaciado de las rendijas requiere que el haz de entrada se ensanche para cubrir ambas rendijas. Esto resulta en una gran pérdida de potencia. Por el contrario, aumentar d en la técnica del espejo de Lloyd's no da como resultado una pérdida de potencia, ya que la segunda "rendija" es solo la imagen virtual reflejada de la fuente. Por lo tanto, el espejo de Lloyd permite la generación de patrones de interferencia finamente detallados con suficiente brillo para aplicaciones como la fotolitografía.[5]

Los usos típicos de la fotolitografía en espejo de Lloyd's incluirían la fabricación de rejillas de difracción para codificadores de superficie [6] y el modelado de las superficies de los implantes médicos para mejorar la biofuncionalidad. [7]

Generación de patrones de prueba [ editar ]

Se pueden generar franjas moduladas con cos 2 de alta visibilidad de frecuencia espacial constante en una disposición de espejo de Lloyd's utilizando luz monocromática colimada en paralelo en lugar de una fuente puntual o de rendija. Las franjas uniformes generadas por esta disposición pueden usarse para medir las funciones de transferencia de modulación de detectores ópticos tales como matrices de CCD para caracterizar su desempeño como una función de frecuencia espacial, longitud de onda, intensidad, etc. [8]

Medición óptica [ editar ]

La salida de un espejo de Lloyd's se analizó con una matriz de fotodiodos CCD para producir un medidor de ondas de transformada de Fourier compacto, de amplio rango y alta precisión que podría usarse para analizar la salida espectral de láseres pulsados. [9]

Radioastronomía [ editar ]

Artículo principal: interferometría del mar
Figura 3. Determinación de la posición de las fuentes de radio galácticas utilizando el espejo de Lloyd

A finales de la década de 1940 y principios de la de 1950, los científicos de CSIRO utilizaron una técnica basada en el espejo de Lloyd para realizar mediciones precisas de la posición de varias fuentes de radio galácticas de sitios costeros en Nueva Zelanda y Australia. Como se ilustra en la Fig. 3, la técnica consistía en observar las fuentes combinando rayos directos y reflejados desde altos acantilados con vistas al mar. Después de corregir la refracción atmosférica, estas observaciones permitieron trazar las trayectorias de las fuentes sobre el horizonte y determinar sus coordenadas celestes. [10] [11]

Acústica submarina [ editar ]

Una fuente acústica justo debajo de la superficie del agua genera una interferencia constructiva y destructiva entre la trayectoria directa y la trayectoria reflejada. Esto puede tener un impacto importante en las operaciones del sonar . [12]

Se ha atribuido al efecto espejo de Lloyd un papel importante a la hora de explicar por qué los barcos y los barcos han golpeado repetidamente a animales marinos como los manatíes y las ballenas. La interferencia debida al espejo de Lloyd hace que los sonidos de la hélice de baja frecuencia no se perciban cerca de la superficie, donde ocurren la mayoría de los accidentes. Esto se debe a que, en la superficie, los reflejos del sonido están desfasados ​​casi 180 grados con las ondas incidentes. Combinado con los efectos de propagación y sombra acústica, el resultado es que el animal marino es incapaz de escuchar una embarcación que se acerca antes de que haya sido arrollado o atrapado por las fuerzas hidrodinámicas del paso de la embarcación. [13]

Ver también [ editar ]

  • Propagación multitrayecto

Referencias [ editar ]

  1. ^ Rev. Humphrey Lloyd, AM, MRIA, Sobre un nuevo caso de interferencia de los rayos de luz , leído 27 de enero de 1834, Transacciones de la Royal Irish Academy, vol. XVII, página 171, impreso por P. Dixon Hardy en 1837.
  2. ^ Espejos de Fresnel y Lloyd
  3. ^ "Interferencia por la división del frente de onda" (PDF) . Universidad de Arkansas . Archivado desde el original (PDF) el 7 de septiembre de 2012 . Consultado el 20 de mayo de 2012 .
  4. ^ Bolton, JG ; Slee, OB (1953). "Radiación galáctica en radiofrecuencias V. El interferómetro del mar" . Revista australiana de física . 6 : 420–433. Código Bibliográfico : 1953AuJPh ... 6..420B . doi : 10.1071 / PH530420 .
  5. ^ "Nota de aplicación 49: teoría del interferómetro de espejo de Lloyd" (PDF) . Newport Corporation . Consultado el 16 de febrero de 2014 .
  6. ^ Li, X .; Shimizu, Y .; Ito, S .; Gao, W .; Zeng, L. (2013). Lin, Jie (ed.). "Fabricación de rejillas de difracción para codificadores de superficie utilizando un interferómetro de espejo de Lloyd's con un diodo láser de 405 nm". Simposio Internacional sobre Medición e Instrumentación de Ingeniería de Precisión . Octavo Simposio Internacional sobre Medición e Instrumentación de Ingeniería de Precisión. 8759 : 87594Q. doi : 10.1117 / 12.2014467 . S2CID 136994909 . 
  7. ^ Domanski, M. (2010). "Enfoque novedoso para producir implantes de titanio con nano patrones mediante la combinación de litografía de nanoimpresión y grabado con iones reactivos" (PDF) . 14ª Conferencia Internacional sobre Sistemas Miniaturizados para Química y Ciencias de la Vida : 3–7.
  8. ^ Hochberg, EB; Chrien, NL "Espejo de Lloyd para pruebas MTF de MIRS CCD" (PDF) . Laboratorio de propulsión a chorro . Archivado desde el original (PDF) el 22 de febrero de 2014 . Consultado el 16 de febrero de 2014 .
  9. ^ Kielkopf, J .; Portaro, L. (1992). "El espejo de Lloyd como un medidor de ondas láser". Óptica aplicada . 31 (33): 7083–7088. Código Bibliográfico : 1992ApOpt..31.7083K . doi : 10.1364 / AO.31.007083 . PMID 20802569 . 
  10. ^ Bolton, JG; Stanley, GJ; Slee, OB (1949). "Posiciones de tres fuentes discretas de radiación de radiofrecuencia galáctica". Naturaleza . 164 (4159): 101–102. Código bibliográfico : 1949Natur.164..101B . doi : 10.1038 / 164101b0 .
  11. ↑ Edwards, Philip. "Interferometría" (PDF) . Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). Archivado desde el original (PDF) el 21 de febrero de 2014 . Consultado el 11 de febrero de 2014 .
  12. ^ Carey, WM (2009). "Espejo de Lloyd: efectos de interferencia en la imagen". Acústica hoy . 5 (2): 14. doi : 10.1121 / 1.3182842 .
  13. ^ Gerstein, Edmund (2002). "Manatíes, bioacústica y embarcaciones" . Científico estadounidense . 90 (2): 154-163. Código Bibliográfico : 2002AmSci..90..154G . doi : 10.1511 / 2002.2.154 . Consultado el 13 de febrero de 2014 .

Lectura adicional [ editar ]

  • Titchmarsh, PF (1941). "Franjas de interferencia de un solo espejo de Lloyd". Actas de la Sociedad de Física . 53 (4): 391–402. Código bibliográfico : 1941PPS .... 53..391T . doi : 10.1088 / 0959-5309 / 53/4/304 .

Enlaces externos [ editar ]

  • Espejo de Lloyd @ wolfram