¿Qué es un plano óptico en interferometría?

La interferometría es una técnica ampliamente utilizada en diversos campos científicos y tecnológicos para medir y analizar fenómenos ópticos. En este sentido, uno de los conceptos fundamentales en esta disciplina es el plano óptico. ¿Pero qué exactamente es un plano óptico en interferometría? En el presente artículo, exploraremos a fondo este término y su importancia en el contexto de la interferometría. Descubriremos cómo se define, cómo se utiliza y cómo influye en los resultados obtenidos a través de esta técnica. ¡No te pierdas esta fascinante introducción al mundo de la interferometría y sus conceptos clave!

Un vidrio plano óptico es un vidrio diseñado para ser extremadamente plano en uno o ambos lados. Se utiliza con luz monocromática para determinar la planitud de otros objetos mediante interferencia óptica.


¿Qué es un plano óptico en interferometría?

La placa frontal óptica es la opción popular para mediciones que utilizan la técnica de interferometría, pero también hay muchos otros instrumentos disponibles, conocidos popularmente como interferómetros. En otras palabras, un interferómetro es la extensión del método óptico plano. Si bien los interferómetros han sido durante mucho tiempo el pilar de la medición dimensional en las ciencias físicas, también se están volviendo cada vez más populares en aplicaciones metrológicas. Trabajan según el principio básico de un plan óptico. Proporcionan al usuario comodidades adicionales. El diseño mecánico minimiza las manipulaciones que requieren mucho tiempo. El instrumento puede equiparse con dispositivos ópticos adicionales para aumento, estabilidad y alta resolución. Recientemente, el uso de láseres ha ampliado significativamente el alcance potencial y la resolución de los interferómetros. Analicemos la capa óptica en detalle.


Visualmente plano

Los efectos de interferencia más comunes se producen con películas finas o cuñas transparentes que están limitadas por una superficie transparente al menos en un lado. En esta categoría entran las pompas de jabón, las películas de aceite sobre el agua y la planitud óptica. El fenómeno por el cual se produce la interferencia se puede describir fácilmente utilizando un plano óptico, como se muestra en la siguiente figura.

¿Qué es un plano óptico en interferometría?
Figura: Bandas en un plano óptico

  • Un disco óptico es un disco hecho de vidrio o cuarzo de alta calidad. La superficie del disco se pule y se pule hasta alcanzar un alto nivel de planitud.
  • Los tamaños de las superficies ópticas varían entre 25 y 300 mm de diámetro y el espesor entre 25 y 50 mm.
  • Cuando se coloca un disco óptico sobre una superficie reflectante plana, se alinea formando un pequeño ángulo θ debido a la presencia de un colchón de aire entre las dos superficies. Esto se muestra en la imagen de arriba.
  • Imagine un haz de luz procedente de una fuente de luz monocromática que cae en ángulo sobre la parte superior del plano óptico.
  • Este haz de luz se refleja parcialmente en el punto «a».
  • La parte restante del haz de luz penetra a través del entrehierro en el material de vidrio transparente y se refleja en el punto «b» de la superficie de trabajo plana.
  • Los dos componentes reflejados del haz de luz son recogidos y recombinados por el ojo después de recorrer dos caminos diferentes, cuyas longitudes difieren en una cantidad «abc».
  • Si “abc” = λ/2, donde λ es la longitud de onda de la fuente de luz monocromática, entonces se cumple la condición de interferencia completa.
  • La diferencia en la longitud del camino es la mitad de la longitud de onda, una condición perfecta para una interferencia completa como se explica en el artículo anterior “Interferencia óptica”.
  • El ojo ahora puede ver una mancha oscura distinta llamada borde.
  • A continuación, considere otro haz de luz de la misma fuente que incide en el plano óptico a poca distancia del primero.
  • Este rayo se refleja en los puntos “d” y “e”. Si la longitud “def” es igual a 3λ/2, se produce nuevamente una interferencia total y el observador ve una franja similar.
  • Sin embargo, en un punto intermedio entre las dos franjas, la diferencia de trayectoria entre dos partes reflejadas del haz de luz es un número par de medias longitudes de onda.
  • Por lo tanto, los dos componentes luminosos están en fase y en este punto se puede ver una banda luminosa.

En resumen, cuando se proyecta luz desde una fuente de luz monocromática sobre un plano óptico orientado en un ángulo muy pequeño hacia una superficie reflectante plana, el ojo ve una banda de puntos brillantes y oscuros que se alternan. La siguiente imagen muestra el patrón de rayas típico que se ve en una superficie plana debajo de una placa frontal óptica.


¿Qué es un plano óptico en interferometría?
Figura: Franjas de interferencia

En una superficie perfectamente plana, el patrón de rayas es regular, paralelo y distribuido uniformemente. Cualquier desviación de este patrón es una medida del error en la planitud de la superficie que se está midiendo. Los patrones de rayas proporcionan información interesante sobre la superficie a probar. Revelan las condiciones de la superficie como las curvas de nivel en un mapa.

¿Qué es un plano óptico en interferometría?
Figura: Los patrones de rayas revelan las condiciones de la superficie

Patrón de flecos Estado de la superficie
A El bloque es casi plano en toda su longitud.
b Las franjas se curvan hacia la línea de contacto,
Esto muestra que la superficie es convexa y alta en el medio.
C La superficie es cóncava y baja en el medio.
D La superficie es plana en un extremo pero se vuelve cada vez más convexa.
mi La superficie se vuelve progresivamente más baja hacia la esquina inferior izquierda.
F Hay dos puntos de contacto,
que son más altos en comparación con otras áreas del bloque
Tabla: Patrones de rayas y condiciones de superficie resultantes.

La ilustración de arriba muestra patrones de rayas típicos y la tabla proporciona información útil sobre el estado de las superficies que corresponden a los patrones. Una vez que reconocemos las configuraciones de la superficie en función de sus patrones de rayas, resulta mucho más fácil medir las configuraciones.

Medición con planos ópticos.

Uno de los usos obvios de un plano visual es verificar las alturas de los medidores deslizantes. El calibre deslizante a comprobar se mantiene sobre una mesa plana junto al calibre de referencia. Luego se coloca una placa frontal óptica en ambos dispositivos de medición, como se muestra en la siguiente figura.

¿Qué es un plano óptico en interferometría?
Figura: Medición de altura mediante óptica de planta

  • Supongamos que A es el calibre de referencia estándar y B es el calibre a comprobar.
  • Se utiliza una fuente de luz monocromática y los patrones de rayas se observan con una lupa.
  • En la figura se puede ver que el plano óptico forma inclinaciones de q y q’ con las superficies superiores de los dos calibres deslizantes. Lo ideal es que los dos ángulos sean iguales.
  • Sin embargo, en la mayoría de los casos los ángulos difieren debido al desgaste de la superficie del calibre de deslizamiento que se está probando.
  • Esto se puede ver fácilmente por el patrón de rayas que se forma en los dos medidores (ver imágenes ampliadas).
  • Las franjas visibles en ambos medidores son paralelas y están presentes en igual número cuando ambas superficies son completamente planas. de lo contrario, el número de franjas formadas en los dos calibres diferirá según la relación entre q y q’.

¿Qué son los comparadores mecánicos?

Por favor habilite JavaScript

Ahora sea N el número de franjas en el bloque de referencia en un ancho de l mm. Si la distancia entre los dos medidores deslizantes es L y λ es la longitud de onda de la fuente de luz monocromática, entonces la diferencia de altura h viene dada por la siguiente relación:

h = λLN/2yo

Este sencillo procedimiento se puede utilizar para medir diferencias de altura muy pequeñas en el rango de 0,01 a 0,1 mm. Sin embargo, la precisión de este método depende de la precisión de la placa de superficie y del estado de las superficies de la muestra sobre la que descansa la placa óptica plana.


Es difícil controlar la posición del plano óptico y así alinear de forma óptima los bordes. El patrón de rayas no se ve directamente desde arriba y la inclinación resultante puede provocar distorsiones y errores de visualización. Una mejor manera de realizar mediciones precisas es utilizar un interferómetro. Si bien en metrología y ciencias físicas se utilizan una variedad de interferómetros, hay dos tipos: el interferómetro de planicidad NPL y el interferómetro de medición Pitter NPL.

Diploma

Discutimos qué es una placa frontal óptica en interferometría, así como la estructura, el principio de funcionamiento y cómo medir con una placa frontal óptica. Háganos saber lo que piensa en la sección de comentarios a continuación.

Error 403 The request cannot be completed because you have exceeded your quota. : quotaExceeded

Un Óptico Plano en la Interferometría: Construcción y Funcionamiento

Un óptico plano es un vidrio que se considera extremadamente plano en uno o ambos lados. Se utiliza con luz monocromática para determinar la planitud de otros objetos con la ayuda de la interferencia óptica.

Óptico Plano y los Interferómetros

Aunque los ópticos planos son la elección popular para la medición mediante la técnica de interferometría, también existen otros instrumentos conocidos como interferómetros. Estos son una extensión del método de óptico plano. Si bien los interferómetros han sido durante mucho tiempo los principales instrumentos de medición dimensional en las ciencias físicas, también se están volviendo muy populares en las aplicaciones de metrología. Aunque funcionan según el principio básico de un óptico plano, proporcionan comodidades adicionales al usuario. El diseño mecánico minimiza la manipulación que consume tiempo. El instrumento se puede equipar con dispositivos ópticos adicionales para la ampliación, estabilidad y alta resolución. En tiempos recientes, el uso de láseres ha extendido en gran medida el rango y la resolución potenciales de los interferómetros. Veamos en detalle el óptico plano.

Óptico Plano

Los efectos de interferencia más comunes se asocian con películas transparentes delgadas o cuñas limitadas en al menos un lado por una superficie transparente. Las burbujas de jabón, las películas de aceite sobre el agua y los ópticos planos entran en esta categoría. El fenómeno por el cual se produce la interferencia se describe fácilmente en términos de un óptico plano. Este se compone de un disco de vidrio o cuarzo de alta calidad. La superficie del disco se rectifica y pule a un alto grado de planitud.

Los tamaños de los ópticos planos varían de 25 a 300 mm de diámetro, con un grosor que va de 25 a 50 mm. Cuando se coloca un óptico plano sobre una superficie reflectante plana, se orienta a un pequeño ángulo θ, debido a la presencia de una capa de aire entre las dos superficies. Esto se ilustra en la figura siguiente.

Pregunta común: ¿Qué es un óptico plano?

Un óptico plano es un disco de vidrio o cuarzo que se utiliza en la interferometría para medir la planitud de otros objetos mediante la interferencia óptica.

  1. Considere un rayo de luz de una fuente de luz monocromática que incide en la superficie superior del óptico plano bajo un ángulo.
  2. Este rayo de luz se refleja parcialmente en el punto ‘a’.
  3. La parte restante del rayo de luz atraviesa el vidrio transparente a través del espacio de aire y se refleja en el punto ‘b’ sobre la superficie de trabajo plana.
  4. Los dos componentes reflejados del rayo de luz se recogen y se combinan por el ojo, habiendo viajado por dos caminos diferentes cuya longitud difiere en una cantidad ‘abc’.
  5. Si ‘abc’ = λ/2, donde λ es la longitud de onda de la fuente de luz monocromática, entonces se ha satisfecho la condición para la interferencia completa.

La diferencia en la longitud del camino es la mitad de la longitud de onda, una condición perfecta para una interferencia total, como se explicó en el artículo anterior sobre Interferencia Óptica. El ojo ahora puede ver una franja oscura que se llama una franja. A continuación, consideremos otro rayo de luz de la misma fuente que incide en el óptico plano a una pequeña distancia del primero. Este rayo se refleja en los puntos ‘d’ y ‘e’. Si la longitud ‘def’ es igual a 3λ/2, entonces ocurre nuevamente una interferencia total y el observador ve una franja similar. Sin embargo, en un punto intermedio entre las dos franjas, la diferencia de camino entre las dos porciones reflejadas del rayo de luz será un número par de medias longitudes de onda. Por lo tanto, los dos componentes de luz estarán en fase y se verá una franja de luz en este punto.

Medición con Ópticos Planos

Uno de los usos más evidentes de un óptico plano es verificar las alturas de los bloques patrón de calibración. El bloque patrón que se va a probar se coloca junto al bloque patrón de referencia en una mesa plana. Luego, se coloca un óptico plano encima de ambos bloques, como se muestra en la siguiente figura.

Supongamos que A es el bloque patrón de referencia estándar y B es el bloque patrón que se está inspeccionando. Se utiliza una fuente de luz monocromática y se observan los patrones de franjas con la ayuda de una lupa. Como se puede ver en la figura, el óptico plano forma inclinaciones q y q ‘con las superficies superiores de los dos bloques. Idealmente, los dos ángulos deberían ser iguales. Sin embargo, en la mayoría de los casos, los ángulos son diferentes debido al desgaste de la superficie del bloque que se está inspeccionando. Esto se puede ver fácilmente al observar el patrón de franjas que se forma en los dos bloques, tal como se ve en las imágenes ampliadas. Las franjas en ambos bloques son paralelas y tienen el mismo número si ambas superficies son perfectamente planas; de lo contrario, el número de franjas formadas en los dos bloques difiere según la relación entre q y q ‘.

Pregunta común: ¿Cómo se mide la altura con un óptico plano?

Para medir la altura de un objeto con un óptico plano, se coloca el objeto junto a un bloque de referencia en una mesa plana. Luego, se coloca el óptico plano encima de ambos objetos y se observan las franjas de interferencia para medir la diferencia de altura.

Ahora, supongamos que el número de franjas en el bloque de referencia es N sobre una anchura de l mm. Si la distancia entre los dos bloques es L y λ es la longitud de onda de la fuente de luz monocromática, entonces la diferencia de altura h se calcula mediante la siguiente fórmula:

h = λLN/2l

Este procedimiento sencillo se puede utilizar para medir diferencias de altura muy pequeñas en el rango de 0,01-0,1 mm. Sin embargo, la precisión de este método depende de la precisión de la placa de superficie y las condiciones de las superficies del objeto sobre el cual se apoya el óptico plano.

Conclusiones

Se ha discutido qué es un óptico plano en la interferometría, junto con su construcción, principio de funcionamiento y cómo medir con él. Déjanos saber tus opiniones en la sección de comentarios.

*Nota: Este artículo es una traducción al español del artículo original. Puedes encontrar más información relacionada en los enlaces de referencia proporcionados.

Deja un comentario