Un interferómetro de Fizeau [1] es una disposición interferométrica mediante la cual se colocan dos superficies reflectantes una frente a la otra. Como se ve en la figura 1, la luz reflejada en la superficie trasera del primer reflector transparente se combina con la luz reflejada en la superficie frontal del segundo reflector para formar franjas de interferencia.
El término interferómetro de Fizeau también se refiere a una disposición interferométrica utilizada por Hippolyte Fizeau en un famoso experimento de 1851 que aparentemente apoyaba la hipótesis del arrastre parcial del éter de Augustin Jean Fresnel , pero que en última instancia jugó un papel instrumental en provocar una crisis en la física que condujo a El desarrollo de Einstein de la teoría de la relatividad especial . Véase experimento de Fizeau .
Los interferómetros de Fizeau se utilizan habitualmente para medir la forma de una superficie óptica: normalmente, una lente o espejo fabricado se compara con una pieza de referencia que tiene la forma deseada. En la Fig. 1, se muestra el interferómetro de Fizeau tal como podría configurarse para probar un plano óptico . Se coloca una placa de referencia con figuras precisas encima de la placa que se está probando, separada por espaciadores estrechos. El plano de referencia está ligeramente biselado (sólo es necesaria una fracción de grado de biselado) para evitar que la superficie posterior del plano produzca franjas de interferencia. Un haz colimado de luz monocromática ilumina los dos pisos, y un divisor de haz permite ver las franjas en el eje. [2] [3]
La pieza de referencia a veces se realiza mediante un elemento óptico difractivo ( holograma generado por computadora o CGH), ya que éste puede fabricarse mediante métodos litográficos de alta precisión. La figura 2 ilustra el uso de CGH en las pruebas. A diferencia de la figura, los CGH reales tienen un interlineado del orden de 1 a 10 μm . Cuando la luz láser pasa a través del CGH, el haz difractado de orden cero no experimenta modificación del frente de onda. Sin embargo, el frente de onda del haz difractado de primer orden se modifica para que coincida con la forma deseada de la superficie de prueba. En la configuración de prueba del interferómetro de Fizeau ilustrada, el haz difractado de orden cero se dirige hacia la superficie de referencia esférica, y el haz difractado de primer orden se dirige hacia la superficie de prueba de tal manera que los dos haces reflejados se combinan para formar franjas de interferencia. [4]
Los interferómetros de Fizeau también se utilizan en sensores de fibra óptica para medir presión , temperatura , tensión , etc.
En 1851, Fizeau utilizó una forma completamente diferente de interferómetro para medir el efecto del movimiento de un medio sobre la velocidad de la luz, como se ve en la Fig. 3.
Según las teorías que prevalecían en ese momento, la luz que viajaba a través de un medio en movimiento sería arrastrada por el medio, por lo que la velocidad medida de la luz sería una simple suma de su velocidad a través del medio más la velocidad del medio.
De hecho, Fizeau detectó un efecto de arrastre, pero la magnitud del efecto que observó fue mucho menor de lo esperado. Sus resultados aparentemente apoyaban la hipótesis del arrastre parcial del éter de Fresnel, una situación que resultaba desconcertante para la mayoría de los físicos.
Pasó más de medio siglo antes de que se desarrollara una explicación satisfactoria de la inesperada medición de Fizeau con el advenimiento de la teoría de la relatividad especial de Einstein .
La luz reflejada por el divisor de haz inclinado se hace paralela usando una lente y se divide mediante rendijas en dos haces, que atraviesan un tubo que transporta agua que se mueve con velocidad v . Cada haz viaja por un tramo diferente del tubo, se refleja en el espejo de la izquierda y regresa por el tramo opuesto del tubo. Así, ambos haces recorren el mismo camino, pero uno en la dirección del flujo del agua y el otro en el sentido contrario. Los dos haces se recombinan en el detector, formando un patrón de interferencia que depende de cualquier diferencia en el tiempo que recorre los dos caminos. [5]
El patrón de interferencia se puede analizar para determinar la velocidad de la luz que viaja a lo largo de cada pata del tubo.
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