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Interferometria.
Iván Cornejo Montero.
Departamento de Física, Universidad de Santiago de Chile. Avenida Ecuador 3493, Estación Central,
Santiago.
18 de Junio del 2015
Resumen
Quisimos entender la aplicación práctica de la interferometria la cual en este caso estaba
relacionada con las mediciones de deformaciones en escala micrométrica. Para esto utilizamos
como fuente de luz un láser He-Ne, se ocupó un interferómetro de dos haces y se utilizó la técnica
de interferometria de Speckles.
Con esto se pudo observar el carácter homogéneo o heterogéneo de la deformación de la pieza
estudiada la cual fue un piezoeléctrico. Con las graficas obtenidas se pudo mapear la forma de estas
deformaciones. La deformación se produjo aplicando una diferencia de potencial al objeto,
haciendo variaciones en la diferencia para poder observar estas microdeformaciones.
Introducción
La interferometria de speckles es una técnica
de alta precisión utilizad a partir de la década
de los 60 y se utiliza principalmente en la
metrología óptica para medir
microdesplazaminetos, deformaciones,
desplazamientos térmicos, entre otras
aplicaciones y consiste en el análisis de
patrones de intensidad producidos por la
interferencia mutua entre frentes de onda
coherentes que son sujetos a diferencias de
fase o fluctuaciones de intensidad.
En esta experiencia se utiliza esta técnica
mediante la superposición de imágenes con
un antes y después de aplicar la diferencia de
potencial, todo esto procesado mediante el
programa Caliman, el cual otorgo las
imágenes con sus respectivos patrones de
deformación.
Para los resultados de las graficas obtenidas
se utilizó la siguiente ecuación Ec 1. de fase:
φ=4π.sen 30° V/λ. donde la “fase” φ está relacionada con la
elongación V y λ es la longitud de onda de la fuente utilizada.
Procedimiento Experimental
La imagen 1. Muestra el interferómetro de
dos haces utilizado:
• Divisor de haz D el cual refleja y
transmite el haz en un angulo de 22,08°.
• E1 y E2 son espejos fijos los cuales
reflejan el haz hacia el piezoeléctrico.
Imagen 1.
Ahora bien, las lentes se utilizaron
nuevamente para un enfoque de la luz y
expandir el haz de luz que queremos como
un frente de onda plano.
Como los dos haces que interfieren sobre el
piezoelectrico provienen de la misma fuente
luminosa, la diferencia de fase se mantiene
constante haciendo la interferencia coherente.
Lo anterior fue registrado por la cámara la
cual entregaba las imágenes obtenidas al
hacer variar el voltaje desde la fuente de
poder. La diferencia de potencial fue variada
en un inérvalo de 10 volts desde 0 hasta 100
volts.
En la cámara se observaron el conjunto de
puntos brillantes provenientes de ambos
haces. Cada conjunto de puntos estaba
formado por uno más brillante y otro de
menor intensidad lo que representaba los
speckles.
Las imágenes fueron procesadas mediante el
programa Caliman, haciendo la comparación
desde cero a la siguiente variación (0-10, 0-
20, 0-30……0-100). Las imágenes fueron las
siguientes:
Imagen 0-10 volts. Imagen 0-20 volts.
Imagen 0-30 volts. Imagen 0-40 volts.
Imagen 0-50 volts. Imagen 0-60 volts.
Imagen 0-70 volts. Imagen 0-80 volts.
Imagen 0-90 volts. Imagen 0-100 volts.
Resultados y Análisis
Analizando las imágenes se puede
observar un comportamiento no
homogéneo de las franjas obtenidas al
procesar las imágenes aumentando la
cantidad de estas una vez la diferencia de
potencial fue creciendo.
Ahora para analizar el comportamiento no
homogéneo construimos un mapa que
muestre las posibles variaciones
espaciales de la fase , eligiendo un eje
arbitrario a través de la imagen.
Se mostrara como ejemplo la Imagen 0-70
volts. El Mapa 1 nos muestra la forma de estas
fases:
Mapa 1.
Ahora podemos hacer un mapa que muestre
la elongación V al igual que en el Mapa 1.
Usaremos la Ec 1. y dejaremos la elongación
en función de la fase:
El Mapa 2 nos muestra la elongación sufrida
por el piezoeléctrico:
Mapa 2.
Se puede observar la forma de la
deformación del objeto el cual no es
homogéneo.
Ahora, podemos calcular la elongación
máxima sufrida por el piezoeléctrico ya
sabemos que , y el
ángulo 22,08°
Podríamos utilizar otros métodos como
un microscópico electrónico y tomando
las medidas de un punto arbitrario pero
este método resulta demasiado invasivo y
su margen de error es mayor en
comparación con la técnica de speckles.
Ya al utilizar el ojo humano nos da un
margen de error tremendo. La
incertidumbre en la interferometria se
reduce a un adecuado ambiente de
trabajo, ya que los datos obtenidos son
mediante maquinas de precisión
electrónica.
Conclusión.
Podemos concluir que por medio de l técnica
de speckles se puede observar una
deformación inducida por medio de una
diferencia de potencial a una escala
nanometrica. Esta aplicación resultó muy
práctica ya que es muy preciso y mantiene
durante la duración de la experiencia,
coherencia en sus resultados. Las
interferencias que se pueden dar son
minimizadas dada su exactitud. También no
es necesario ocupar cámaras de alta
resolución para obtener buenos resultados.
