Un interferómetro de Fizeau [1] es un sistema interferométrico en el que se colocan dos superficies reflectantes enfrentadas. 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 delantera del segundo reflector para formar franjas de interferencia.
El término interferómetro de Fizeau también se refiere a un dispositivo interferométrico utilizado por Hippolyte Fizeau en un famoso experimento de 1851 que aparentemente apoyaba la hipótesis de arrastre parcial del éter de Augustin Jean Fresnel , pero que en última instancia jugó un papel decisivo en la generación de una crisis en la física que llevó al desarrollo de la teoría de la relatividad especial por parte de Einstein . Véase experimento de Fizeau .
Los interferómetros Fizeau se utilizan habitualmente para medir la forma de una superficie óptica: normalmente, se compara una lente o un espejo fabricados con una pieza de referencia que tiene la forma deseada. En la figura 1, se muestra el interferómetro Fizeau tal como podría configurarse para probar una superficie plana óptica . Se coloca una superficie plana de referencia con una forma precisa sobre la superficie plana que se está probando, separada por espaciadores estrechos. La superficie plana de referencia está ligeramente biselada (solo es necesaria una fracción de grado de biselado) para evitar que la superficie trasera de la superficie plana produzca franjas de interferencia. Un haz colimado de luz monocromática ilumina las dos superficies planas 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 este se puede fabricar mediante métodos litográficos de alta precisión. La figura 2 ilustra el uso de CGH en pruebas. A diferencia de la figura, los CGH reales tienen un espaciado de línea del orden de 1 a 10 μm . Cuando la luz láser pasa a través del CGH, el haz difractado de orden cero no experimenta ninguna 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 Fizeau también se utilizan en sensores de fibra óptica para medir presión , temperatura , deformación , 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 figura 3.
Según las teorías predominantes en la época, la luz al viajar 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.
Fizeau detectó efectivamente un efecto de arrastre, pero la magnitud del efecto que observó fue mucho menor de lo esperado. Sus resultados aparentemente respaldaron la hipótesis de arrastre parcial del éter de Fresnel, una situación que desconcertó a 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 desde el divisor de haz inclinado se hace paralela mediante una lente y se divide mediante rendijas en dos haces, que atraviesan un tubo que lleva agua que se mueve con velocidad v . Cada haz viaja por una pata diferente del tubo, se refleja en el espejo de la izquierda y regresa por la pata opuesta del tubo. De este modo, ambos haces recorren el mismo camino, pero uno en la dirección del flujo del agua y el otro en sentido opuesto al flujo. 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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