¿Alguna vez te has preguntado cómo es posible medir distancias en el espacio con una precisión casi milimétrica? La respuesta se encuentra en una tecnología fascinante: el interferómetro láser. En este artículo, te adentraremos en el mundo de la astrofísica y la óptica para descubrir qué es exactamente un interferómetro láser y cómo ha revolucionado nuestra comprensión del universo. Desde su funcionamiento básico hasta sus aplicaciones más sorprendentes, prepárate para explorar este increíble instrumento que ha abierto innumerables posibilidades en la investigación científica. ¡Acompáñanos en este viaje al fascinante mundo de la astronomía y la física!
La interferometría no es más que el uso de interferencias ópticas para realizar mediciones precisas de dimensiones lineales muy pequeñas. El interferómetro láser es uno de los interferómetros que utiliza medios láser y controles electrónicos para, entre otras cosas, comprobar la rectitud, el paralelismo y la planitud de las piezas de la máquina, medir diámetros muy pequeños y calibrar calibres de deslizamiento. En este artículo analizamos la estructura y el principio de funcionamiento del interferómetro láser.
- Los interferómetros basados en láser se han vuelto cada vez más populares en aplicaciones de medición.
- Tradicionalmente, los láseres eran utilizados por físicos en lugar de ingenieros porque las frecuencias de los láseres no eran lo suficientemente estables.
- Los láseres estabilizados se utilizan actualmente junto con potentes controles electrónicos para diversas aplicaciones en tecnología de medición. Los láseres de gas con una mezcla de neón y helio emiten una luz roja perfectamente monocromática.
- Las franjas de interferencia se pueden observar con una intensidad de luz 1000 veces mayor que cualquier otra fuente de luz monocromática.
- Sin embargo, hasta la fecha, los instrumentos basados en láser son extremadamente caros y requieren muchos accesorios, lo que dificulta su uso.
- Más importante aún, desde la perspectiva de la calibración del medidor de deslizamiento, una limitación del láser es que solo produce una única longitud de onda.
- Esto significa que no se puede utilizar el método de fracciones exactas para realizar mediciones.
- Además, un rayo láser con un diámetro pequeño y un alto grado de colimación tiene una propagación limitada.
- Para distribuir el haz de modo que cubra un área mayor de las piezas a medir, se requieren dispositivos ópticos adicionales.
- En interferometría, la luz láser tiene propiedades similares a cualquier luz «normal».
- Puede representarse mediante una onda sinusoidal cuya longitud de onda es la misma para los mismos colores y cuya amplitud es una medida de la intensidad de la luz láser.
- Desde el punto de vista de la medición, el interferómetro láser se puede utilizar para medir tanto diámetros pequeños como grandes desplazamientos.
En esta sección presentamos un método simple para medir este último aspecto, utilizado para medir guías deslizantes de máquinas. El instrumento basado en láser, un interferómetro láser, se muestra en la siguiente figura.
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Construcción de un interferómetro láser.
- La unidad sólida, llamada cabezal láser, consta de un láser, un par de semirreflectores y dos fotodiodos.
- Sobre la unidad corredera se monta un cubo de esquina.
- El cubo de esquina es un panel de vidrio cuya parte posterior tiene tres superficies pulidas que se encuentran en ángulo recto entre sí.
- De este modo, el cubo angular refleja la luz en un ángulo de 180°, independientemente del ángulo con el que incide la luz.
- Los fotodiodos miden electrónicamente la intensidad de las franjas y proporcionan un medio preciso para medir el desplazamiento.
Principio de funcionamiento del interferómetro láser.
- La luz láser incide primero sobre el semirreflector P, se refleja parcialmente 90° e incide en el otro reflector S.
- Parte de la luz pasa por P y llega al cubo de la esquina.
- La luz se gira 180° a través del cubo angular y se reúne en el semirreflector S.
- Si la diferencia entre estos dos caminos de luz (PQRS – PS) es un número impar de medias longitudes de onda, se produce interferencia en S y el rendimiento del diodo es mínimo.
- Sin embargo, si la diferencia de trayectoria es un número par de medias longitudes de onda, entonces los fotodiodos registran la potencia máxima.
- Debe haberle quedado claro ahora que cada vez que el carro en movimiento se desplaza un cuarto de longitud de onda, la diferencia de trayectoria (es decir, PQRS – PS) se convierte en media longitud de onda y la salida del fotodiodo también cambia de máximo a mínimo o viceversa.
- Esta salida sinusoidal del fotodiodo se amplifica y se alimenta a un contador de alta velocidad calibrado para dar un desplazamiento en milímetros.
- El propósito de utilizar un segundo fotodiodo es detectar la dirección del movimiento del portaobjetos.
Aplicaciones
Los interferómetros láser se utilizan para calibrar mesas de máquinas, carros y movimientos de ejes de máquinas de medición de coordenadas. El dispositivo es portátil y ofrece un nivel muy alto de exactitud y precisión.
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Se trata del interferómetro láser, y este interferómetro láser funciona según el principio de interferencia óptica. También discutimos los otros tipos de interferómetros, p. B. el interferómetro de planitud NPL y el interferómetro de calibre Pitter NPL.
El Interferómetro Láser: Construcción y Principio de Funcionamiento
El interferómetro láser es uno de los interferómetros utilizados para llevar a cabo mediciones precisas de dimensiones lineales muy pequeñas a través del uso de la interferencia óptica. Este instrumento emplea un láser y controles electrónicos para inspeccionar la rectitud, paralelismo y planicidad de piezas de maquinaria, así como para medir diámetros muy pequeños y calibrar calibre deslizante. En este artículo, discutiremos la construcción y el principio de funcionamiento del interferómetro láser.
El Auge de los Interferómetros Basados en Láser
En tiempos recientes, los interferómetros basados en láser están ganando popularidad en aplicaciones de metrología. Tradicionalmente, los láseres eran más utilizados por los físicos que por los ingenieros, ya que las frecuencias de los láseres no eran lo suficientemente estables. Sin embargo, en la actualidad se utilizan láseres estabilizados en conjunto con potentes controles electrónicos para diversas aplicaciones en metrología. Los láseres de gas, con una mezcla de neón y helio, proporcionan una luz roja perfectamente monocromática. Las franjas de interferencia se pueden observar con una intensidad de luz que es 1000 veces mayor que cualquier otra fuente de luz monocromática. Sin embargo, hasta el día de hoy, los instrumentos basados en láser son extremadamente costosos y requieren muchos accesorios, lo que limita su uso. Además, desde el punto de vista de la calibración de calibres deslizantes, una limitación del láser es que genera únicamente una longitud de onda única. Esto significa que no se puede aplicar el método de fracciones exactas para la medición. Además, un haz láser con un diámetro pequeño y un alto grado de colimación tiene un alcance limitado. Serán necesarios dispositivos ópticos adicionales para expandir el haz y cubrir un área más grande de las piezas de trabajo que se están midiendo. Desde el punto de vista de la medición, la luz láser exhibe propiedades similares a las de cualquier luz ‘normal’. Puede ser representada por una onda sinusoidal cuya longitud de onda es igual para los mismos colores y cuya amplitud es una medida de la intensidad de la luz láser. Desde el punto de vista de la medición, el interferómetro láser se puede utilizar tanto para la medición de diámetros pequeños como para desplazamientos grandes.
En esta sección, presentamos un método sencillo para medir el último aspecto, que se utiliza para medir las guías deslizantes de las máquinas. El instrumento basado en láser, un interferómetro láser, se muestra en la figura siguiente.
Construcción del Interferómetro Láser
La unidad fija, llamada cabeza láser, consta de un láser, un par de semi-reflectores y dos fotodiodos. La unidad deslizante tiene montado un cubo de esquina. El cubo de esquina es un disco de vidrio cuya superficie trasera tiene tres caras pulidas que están mutuamente en ángulos rectos. El cubo de esquina reflejará la luz en un ángulo de 180°, independientemente del ángulo de incidencia de la luz. Los fotodiodos medirán electrónicamente la intensidad de las franjas de interferencia y proporcionarán un medio preciso para medir el desplazamiento.
Principio de Funcionamiento del Interferómetro Láser
La luz láser incide primero en el semi-reflector P, es parcialmente reflejada en un ángulo de 90° y cae en el otro reflector S. Una porción de la luz pasa a través de P y golpea el cubo de esquina. El cubo de esquina gira la luz 180° y se vuelve a combinar en el semi-reflector S. Si la diferencia entre estos dos caminos de luz (PQRS – PS) es un número impar de medias longitudes de onda, entonces ocurrirá interferencia en S y la salida del fotodiodo será mínima. Por otro lado, si la diferencia de camino es un número par de medias longitudes de onda, los fotodiodos registrarán una salida máxima. Ahora debe haberse vuelto evidente que cada vez que la diapositiva móvil se desplace un cuarto de longitud de onda, la diferencia de camino (es decir, PQRS – PS) se vuelve media longitud de onda y la salida del fotodiodo también cambia de máximo a mínimo o viceversa. Esta salida sinusoidal del fotodiodo se amplifica y se envía a un contador de alta velocidad, que está calibrado para dar el desplazamiento en términos de milímetros. El propósito de utilizar un segundo fotodiodo es detectar la dirección del movimiento de la diapositiva.
Aplicaciones
Los interferómetros láser se utilizan para calibrar mesas de máquinas, deslizadores y movimientos de ejes de máquinas de medición de coordenadas. El equipo es portátil y proporciona un alto grado de precisión y exactitud.
Conclusión
Esto es todo sobre el interferómetro láser, este instrumento de láser está basado en el principio de interferencia óptica. También hemos discutido otros tipos de interferómetros, como el interferómetro de planicidad NPL y el interferómetro del calibre Pitter-NPL.
Frequently Asked Questions:
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¿Cómo funciona un interferómetro láser?
El interferómetro láser utiliza luz láser y la interferencia óptica para medir dimensiones lineales muy pequeñas. Emplea un láser, semi-reflectores, fotodiodos y un cubo de esquina para crear franjas de interferencia que se utilizan para medir el desplazamiento de una diapositiva móvil. -
¿Cuáles son las aplicaciones del interferómetro láser?
El interferómetro láser se utiliza para calibrar mesas de máquinas, deslizadores y movimientos de ejes en máquinas de medición de coordenadas. Su portabilidad y alta precisión lo convierten en una herramienta valiosa en metrología. -
¿Cuáles son las limitaciones de los láseres en la metrología?
Los láseres generan una única longitud de onda, lo que dificulta la aplicación del método de fracciones exactas para la medición. Además, los láseres tienen un alcance limitado, lo que requiere dispositivos ópticos adicionales para cubrir áreas de trabajo más grandes.
Referencias Externas:
– «Principles of Optics» – Max Born, Emil Wolf
– «Optical Interferometry» – P. Hariharan
– «Laser Metrology in Fluid Mechanics» – C. Tropea, A.L. Yarin, J.F. Foss
– «Handbook of Optical Dimensional Metrology» – Francis T.S. Yu