Metrologia optica

METROLOGIA ÓPTICA
LA METROLOGÍA óptica es la rama de la óptica que tiene como propósito efectuar medidas de muy alta precisión usando las ondas de la luz como escala. Esto se hace por medio de unos instrumentos llamados interferómetros, basados en el fenómeno de la interferencia. Ya que dicha aplicación está fundamentada en la naturaleza ondulatoria de la luz, se comenzará por describirbrevemente la historia del desarrollo de los conceptos sobre la naturaleza de la luz.
APLICACIONES
a) Medida y definición del metro patrón. El primero que tomó la longitud de onda de la luz como referencia para especificar longitudes de objetos fue Michelson. Esto se hace por medio del interferómetro que se muestra en la figura 19, donde el primer objetivo es medir la separación entre dos espejos, losque forman un sistema llamado etalón. La separación entre los espejos del etalón es un múltiplo entero de medias longitudes de onda de la luz empleada, a fin de que los haces reflejados en ambos espejos del etalón estén en fase. El proceso es bastante laborioso, pues hay necesidad de usar un gran número de etalones, donde cada uno tiene aproximadamente el doble de longitud que el anterior. Larazón de este largo proceso es que no es posible contar las franjas de interferencia que aparecen al ir moviendo uno de los espejos hasta llegar a la distancia de un metro. La limitación es la coherencia del haz luminoso, que se describirá más tarde en la sección de láseres. Actualmente, con el láser, es mucho más simple la medición del metro patrón por interferometría.
En 1960 el metro fue definidocomo igual a 1650 763.73 longitudes de onda en el vacío, de la luz emitida en una cierta línea espectral del kriptón-86. Sin embargo, en lugar de definir el metro y luego medir la velocidad c de la luz usando esta definición, es posible hacer lo contrario.
Es decir, se define primero la velocidad c de la luz como una cierta cantidad de metros recorridos en un segundo, de donde podemos escribir:c = d/t
El siguiente paso es definir el metro como la distancia recorrida por la luz en un tiempo igual a 1 /c. Esto es lo que actualmente se ha hecho para definir el metro.

Figura 19. Interferómetro de Michelson con etalón, para medir longitudes

b) Medida de las deformaciones de una superficie. Frecuentemente, debido a causas muy variadas, una superficie puede tener deformacionespequeñísimas que no son detectables a simple vista. A pesar de su reducida magnitud, estas deformaciones pueden ser el síntoma de problemas graves presentes o futuros. Como ejemplo, podemos mencionar una fractura de un elemento mecánico de un avión o de una máquina. Otro ejemplo es un calentamiento local anormal en un circuito impreso o en una pieza mecánica sujeta a fricción. Finalmente, Otro ejemploes una deformación producida por esfuerzos mecánicos que ponen en peligro la estabilidad del cuerpo que los sufre. Es aquí donde la interferometría tiene un papel muy importante, detectando y midiendo estas pequeñísimas deformaciones de la superficie. Esta aplicación de las técnicas interferométricas es especialmente útil y poderosa si se le combina con técnicas holográficas, como se verá másadelante, en un proceso llamado interferometría holográfica. La figura 20 muestra un ejemplo de deformación local de la superficie de una cubeta de plástico, medida con interferometría holográfica.

Figura 20. Detección interferométrica de deformaciones.

Figura 21. Interferograma del espejo de un telescopio.

c) Determinación de la forma exacta de una superficie. Las superficies ópticas delos instrumentos modernos de alta precisión tienen que tallarse de tal manera que no tengan desviaciones de la forma ideal, mayores de una fracción de la longitud de onda de la luz. Para hacer el problema todavía más difícil, la superficie muy frecuentemente no es esférica sino de cualquier otra forma, a la que de modo general se le denomina asférica. Esta superficie asférica puede ser, por...