Interferometría

La interferometría óptica es una técnica basada en la naturaleza ondulatoria originada por la superposición de haces de luz. Este tipo de técnica permite realizar medidas precisas de las formas o de las distancias, ya que proporciona una resolución extraordinaria y no requiere una invasión física directa con la superficie sometida a estudio.

Cabe recordar que la expresión matemática que describe la perturbación óptica es una ecuación diferencial que obedece al principio de superposición. La interferencia óptica se puede expresar como la interacción vectorial de dos o más ondas de luz que producen una intensidad resultante, la cual es diferente de la suma escalar de las intensidades componentes [1].

Un rayo de luz es una onda electromagnética, de campos E y B variables. Cuando dos rayos de luz se encuentran, los campos se superponen, y en cada punto del espacio el vector E o B será la suma vectorial de los campos de los rayos individuales.

Si los dos haces de luz provienen de fuentes distintas, en general no existe relación constante entre los campos de cada haz y se dice que los haces no son coherentes, de manera que cuando estos se superponen el campo resultante oscila con el tiempo, y el ojo humano percibe una intensidad promedio uniforme.

Thomas Young fue el primero en diseñar un método para producir y visualizar los máximos y mínimos de intensidad descritos anteriormente (Figura 1). La luz que, procedente de una misma fuente, llega a una pantalla tras haber atravesado dos rendijas estrechas y juntas, forma un patrón regular de bandas brillantes y oscuras. Este patrón de interferencia constituyó una evidencia concluyente de la naturaleza ondulatoria de la luz. La doble rendija de Young es el primer y más simple interferómetro. Por una parte, si el espacio entre las rendijas es conocido, el espaciado entre los máximos y mínimos interferenciales permite medir la longitud de onda. Por otra parte, si se conoce la longitud de onda, se puede determinar el espaciado entre las rendijas [2].

Figura 1.- Experimento de la doble rendija de Thomas Young [3].

Un importante dispositivo experimental que utiliza la interferencia es el interferómetro de Michelson. Hace un siglo, este aparato aportó uno de los puntales experimentales clave de la teoría de la relatividad.

En tiempos más recientes, se han utilizado interferómetros de Michelson para realizar mediciones precisas de longitudes de onda y de distancias muy pequeñas, como los minúsculos cambios de espesor de un axón cuando un impulso nervioso se propaga a lo largo de ellos.

Al igual que el experimento de Young de las dos ranuras, un interferómetro de Michelson toma luz monocromática de una sola fuente y la divide en dos ondas que siguen caminos diferentes. En el experimento de Young, esto se hace enviando parte de la luz a través de una ranura y parte a través de otra. En los interferómetros de Michelson se emplea un dispositivo llamado divisor de haz. En ambos experimentos hay interferencia cuando se combinan de nuevo las dos ondas luminosas (Figura I.17).

Figura I.17.- Patrón de interferencia obtenido del interferómetro de Michelson

Aunque inicialmente Michelson diseñó este interferómetro en 1881 para detectar el éter, una vez que fue imposible demostrar su existencia, este dispositivo ha sido utilizado para medir longitudes de onda o para, conocida la longitud de onda de una fuente emisora, medir distancias muy pequeñas o índices de refracción de distintos medios.