Interferómetro N -slit
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El interferómetro N -slit es una extensión del interferómetro de doble rendija también conocido como interferómetro de doble rendija de Young. Newton ilustró uno de los primeros usos conocidos de las matrices N -slit en óptica . [1] En la primera parte del siglo pasado, Michelson [2] describió varios casos de difracción N -slit.

Feynman [3] describió experimentos mentales, de interferencia cuántica de dos rendijas, de electrones usando la notación de Dirac . [4] Este enfoque se extendió a los interferómetros N -lit, por Duarte y sus colegas en 1989, [5] utilizando iluminación láser de ancho de línea estrecho, es decir, iluminación por fotones indistinguibles. La primera aplicación del interferómetro N -slit fue la generación y medición de patrones de interferencia complejos. [5] [6] Estos interferogramas se reproducen con precisión, o se predicen, mediante la ecuación interferométrica N -slit para pares (N = 2, 4, 6,…), o impares ( N = 3, 5, 7,…), números de rendijas. [6]

Interferómetro láser N -slit

Esquemas de vista superior del interferómetro de rendija N: TBE es un expansor de haz telescópico, MPBE es un expansor de haz de prismas múltiples. La matriz de N rendijas está en j (con las rendijas perpendiculares a la expansión del haz) y el plano interferométrico está en x, donde se coloca el detector digital. [6] [7] [8] [9] Se ha informado que la distancia intrainterferométrica D es tan grande como 527 m. Nota : Los interferómetros N -slit incluyen interferómetros de tres rendijas (o interferómetros de triple rendija), interferómetros de cuatro rendijas, etc. [7] [8]

El interferómetro láser N -slit, introducido por Duarte , [5] [6] [10] utiliza expansión de haz prismático para iluminar una rejilla de transmisión, o matriz N -slit, y una matriz de detector fotoeléctrico (como un CCD o CMOS ) en el plano de interferencia para registrar la señal interferométrica. [6] [10] [11] El rayo láser expandido que ilumina el N-slit array es de modo transversal simple y ancho de línea estrecho. Este haz también puede adoptar la forma, mediante la introducción de una lente convexa antes del expansor prismático, de un haz extremadamente alargado en el plano de propagación y extremadamente delgado en el plano ortogonal. [6] [10] Este uso de iluminación unidimensional (o lineal) elimina la necesidad de escaneo punto por punto en microscopía y microdensitometría. [6] [10] Por lo tanto, estos instrumentos se pueden utilizar como interferómetros N -slit directos o como microscopios interferométricos (consulte la sección sobre microscopía).

La divulgación de esta configuración interferométrica introdujo el uso de detectores digitales en la interferometría N -slit. [5] [11]

Aplicaciones

Comunicaciones ópticas seguras

Interferograma para N = 3 rendijas con patrón de difracción superpuesto en el ala exterior derecha. Este interferograma en particular corresponde al carácter interferométrico "b". [9]
El patrón de difracción sobre el interferograma mostrado arriba, correspondiente a N = 3 rendijas, se generó usando una única fibra de seda de araña con un diámetro de aproximadamente 25 µm. [9]

Estos interferómetros, originalmente introducidos para aplicaciones en imágenes, [6] también son útiles en metrología óptica y han sido propuestos para comunicaciones ópticas seguras en el espacio libre , [7] [12] entre naves espaciales. Esto se debe al hecho de que los interferogramas N -slit que se propagan sufren un colapso catastrófico debido a los intentos de interceptación que utilizan métodos ópticos macroscópicos como la división del haz. [7] Desarrollos experimentales recientes incluyen trayectos intrainterferométricos terrestres de 35 metros [8] y 527 metros. [9]

Estos interferómetros grandes y muy grandes de N -lit también se están utilizando para estudiar varios efectos de propagación, incluidas las perturbaciones microscópicas en la propagación de señales interferométricas. Este trabajo ha producido la primera observación de patrones de difracción superpuestos sobre interferogramas en propagación. [9]

Estos patrones de difracción (como se muestra en la primera fotografía) se generan insertando una fibra de tela de araña (o hilo de seda de araña ) en la trayectoria de propagación del interferograma de N-rendija. La posición de la fibra de la tela de araña es perpendicular al plano de propagación. [9]

Turbulencia de aire claro

Se ha descubierto que los interferómetros N -lit, que utilizan grandes distancias intrainterferométricas, son detectores eficaces de turbulencias de aire claro . [8] [9] Aquí, debe mencionarse que las distorsiones inducidas por la turbulencia del aire claro sobre la señal interferométrica son diferentes, tanto en carácter como en magnitud, del colapso catastrófico resultante del intento de interceptación de señales ópticas utilizando elementos ópticos macroscópicos como divisores de haz. [13]

Microscopía interferométrica de haz expandido

Como se mencionó anteriormente, la aplicación original del interferómetro láser N -slit fue la obtención de imágenes interferométricas . [6] [10] [14] En particular, el rayo láser expandido unidimensionalmente (con una sección transversal de 25-50 mm de ancho por 10-25 μm de alto) se utilizó para iluminar superficies de imágenes (como películas de haluro de plata) para medir la densidad microscópica de la superficie iluminada. De ahí el uso de la descripción microdensitómetro interferométrico . [10] La resolución hasta el régimen nano puede proporcionarse mediante el uso de cálculos interferométricos . [6] Cuando se utiliza como microdensitómetro, el NEl interferómetro iluminado también se conoce como microdensitómetro láser . [14]

El rayo láser expandido de prismas múltiples también se describe como un rayo láser extremadamente alargado . La dimensión alargada del haz (25-50 mm) está en el plano de propagación, mientras que la dimensión muy delgada (en el régimen de μm) del haz está en el plano ortogonal. Esto se demostró, para aplicaciones de imágenes y microscopía, en 1993. [6] [10] Las descripciones alternativas de este tipo de iluminación extremadamente alargada incluyen los términos iluminación de línea, iluminación lineal, iluminación de lámina de luz delgada (en microscopía de lámina de luz) y plano. iluminación (en microscopía de iluminación de plano selectivo).

Otras aplicaciones

Los interferómetros N -lit también son de interés para los investigadores que trabajan en óptica atómica, [15] imágenes de Fourier, [16] computación óptica, [17] y computación cuántica. [18]

Ver también

  • Expansor de haz
  • Turbulencia de aire claro
  • Difracción de rendijas
  • Experimento de doble rendija
  • Comunicación óptica en espacio libre
  • Comunicación láser en el espacio
  • Microscopía
  • Microdensitómetro
  • Ecuación interferométrica N -slit
  • Lista de artículos láser

Referencias

  1. ^ I. Newton, Opticks (Royal Society, Londres, 1704).
  2. ^ AA Michelson, Estudios en óptica (Universidad de Chicago, Chicago, 1927).
  3. ^ RP Feynman, RB Leighton y M. Sands, Las conferencias de Feynman sobre física , vol. III (Addison Wesley, Reading, 1965).
  4. ^ PAM Dirac , Los principios de la mecánica cuántica , 4ª Ed. (Oxford, Londres, 1978).
  5. ^ a b c d F. J. Duarte y DJ Paine, Descripción mecánica cuántica de los fenómenos de interferencia N -slit, en Actas de la Conferencia Internacional sobre Láseres '88 , RC Sze y FJ Duarte (Eds.) (STS, McLean, Va, 1989) págs. 42–47.
  6. ↑ a b c d e f g h i j k Duarte, FJ (1993). "Sobre una ecuación de interferencia generalizada y medidas interferométricas". Comunicaciones ópticas . Elsevier BV. 103 (1–2): 8–14. doi : 10.1016 / 0030-4018 (93) 90634-h . ISSN  0030-4018 .
  7. ↑ a b c d Duarte, FJ (11 de diciembre de 2004). "Comunicaciones interferométricas seguras en el espacio libre: sensibilidad mejorada para la propagación en el rango del medidor". Journal of Optics A: Óptica pura y aplicada . Publicación de IOP. 7 (1): 73–75. doi : 10.1088 / 1464-4258 / 7/1/011 . ISSN 1464-4258 . 
  8. ^ a b c d Duarte, FJ; Taylor, TS; Clark, AB; Davenport, WE (25 de noviembre de 2009). "El interferómetro de rendija N: una configuración ampliada". Revista de Óptica . Publicación de IOP. 12 (1): 015705. doi : 10.1088 / 2040-8978 / 12/1/015705 . ISSN 2040-8978 . 
  9. ^ a b c d e f g Duarte, FJ; Taylor, TS; Negro, AM; Davenport, WE; Varmette, PG (3 de febrero de 2011). "Interferómetro de ranura N para comunicaciones ópticas seguras en el espacio libre: 527 m de longitud de trayecto intrainterferométrico". Revista de Óptica . Publicación de IOP. 13 (3): 035710. doi : 10.1088 / 2040-8978 / 13/3/035710 . ISSN 2040-8978 . 
  10. ^ a b c d e f g F. J. Duarte, Sistema de microdensitómetro interferométrico electroóptico, Patente de EE . UU. 5255069 (1993) Archivado el 13 de octubre de 2017 en Wayback Machine .
  11. ^ a b F. J. Duarte, en Láseres de tinte de alta potencia (Springer-Verlag, Berlín, 1991) Capítulo 2.
  12. ^ Duarte, FJ (2002). "Comunicaciones interferométricas seguras en el espacio libre". Comunicaciones ópticas . Elsevier BV. 205 (4–6): 313–319. doi : 10.1016 / s0030-4018 (02) 01384-6 . ISSN 0030-4018 . 
  13. ^ FJ Duarte, imágenes interferométricas, en aplicaciones de láser sintonizable , segunda edición (CRC, Nueva York, 2009) Capítulo 12.
  14. ^ a b F. J. Duarte, Imágenes interferométricas, en aplicaciones de láser sintonizable (Marcel-Dekker, Nueva York, 1995) Capítulo 5.
  15. ^ LB. Deng, Teoría de la óptica atómica: enfoque integral de la trayectoria de Feynman, Frontiers Phys. China 1 , 47-53 (2006).
  16. ^ Liu, Honglin; Shen, Xia; Zhu, Da-Ming; Han, Shensheng (7 de noviembre de 2007). "Imágenes fantasma de transformada de Fourier con luz térmica pura correlacionada de campo lejano". Physical Review A . Sociedad Estadounidense de Física (APS). 76 (5): 053808. doi : 10.1103 / physreva.76.053808 . ISSN 1050-2947 . 
  17. ^ FJ Duarte, Tunable Laser Optics , 2nd Edition (CRC, Nueva York, 2015) Capítulo 10 .
  18. ↑ Clauser, John F .; Dowling, Jonathan P. (1 de junio de 1996). "Factorizar enteros con interferómetro de ranura N de Young". Physical Review A . Sociedad Estadounidense de Física (APS). 53 (6): 4587–4590. arXiv : 0810.4372 . doi : 10.1103 / physreva.53.4587 . ISSN 1050-2947 . PMID 9913434 . S2CID 34750766 .   
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