La interferometría es una técnica que utiliza la interferencia de ondas superpuestas para extraer información. [1] La interferometría suele utilizar ondas electromagnéticas y es una técnica de investigación importante en los campos de la astronomía , la fibra óptica , la ingeniería metrológica , la metrología óptica, la oceanografía , la sismología , la espectroscopia (y sus aplicaciones a la química ), la mecánica cuántica , la física nuclear y de partículas . física del plasma , interacciones biomoleculares , perfilado de superficies, microfluidos , medición de tensión/deformación mecánica, velocimetría , optometría y creación de hologramas . [2] : 1-2
Los interferómetros son dispositivos que extraen información de las interferencias. Se utilizan ampliamente en la ciencia y la industria para medir desplazamientos microscópicos, cambios del índice de refracción e irregularidades de la superficie. En el caso de la mayoría de los interferómetros, la luz de una única fuente se divide en dos haces que viajan por caminos ópticos diferentes , que luego se combinan nuevamente para producir interferencias; También se puede hacer que dos fuentes incoherentes interfieran en algunas circunstancias. [3] Las franjas de interferencia resultantes dan información sobre la diferencia en las longitudes de los caminos ópticos . En ciencia analítica, los interferómetros se utilizan para medir longitudes y formas de componentes ópticos con precisión nanométrica; Son los instrumentos de medición de longitud de mayor precisión que existen. En la espectroscopia de transformada de Fourier se utilizan para analizar la luz que contiene características de absorción o emisión asociadas con una sustancia o mezcla. Un interferómetro astronómico consta de dos o más telescopios separados que combinan sus señales, ofreciendo una resolución equivalente a la de un telescopio de diámetro igual a la mayor separación entre sus elementos individuales.
La interferometría utiliza el principio de superposición para combinar ondas de una manera que hará que el resultado de su combinación tenga alguna propiedad significativa que sea diagnóstica del estado original de las ondas. Esto funciona porque cuando se combinan dos ondas con la misma frecuencia , el patrón de intensidad resultante está determinado por la diferencia de fase entre las dos ondas: las ondas que están en fase sufrirán una interferencia constructiva, mientras que las ondas que están desfasadas sufrirán una interferencia destructiva. Las ondas que no están completamente en fase ni completamente desfasadas tendrán un patrón de intensidad intermedia, que puede usarse para determinar su diferencia de fase relativa. La mayoría de los interferómetros utilizan luz o alguna otra forma de onda electromagnética . [2] : 3–12
Normalmente (ver Fig. 1, la conocida configuración de Michelson), un único haz entrante de luz coherente se dividirá en dos haces idénticos mediante un divisor de haz (un espejo parcialmente reflectante). Cada uno de estos haces recorre una ruta diferente, llamada camino, y se recombinan antes de llegar a un detector. La diferencia de trayectoria, la diferencia en la distancia recorrida por cada haz, crea una diferencia de fase entre ellos. Es esta diferencia de fase introducida la que crea el patrón de interferencia entre las ondas inicialmente idénticas. [2] : 14–17 Si un solo haz se ha dividido a lo largo de dos caminos, entonces la diferencia de fase es un diagnóstico de cualquier cosa que cambie la fase a lo largo de los caminos. Esto podría ser un cambio físico en la longitud del camino en sí o un cambio en el índice de refracción a lo largo del camino. [2] : 93-103
Como se ve en las figuras 2a y 2b, el observador tiene una vista directa del espejo M 1 visto a través del divisor de haz y ve una imagen reflejada M ′ 2 del espejo M 2 . Las franjas pueden interpretarse como el resultado de la interferencia entre la luz proveniente de las dos imágenes virtuales S ′ 1 y S ′ 2 de la fuente original S . Las características del patrón de interferencia dependen de la naturaleza de la fuente de luz y de la orientación precisa de los espejos y del divisor de haz. En la Fig. 2a, los elementos ópticos están orientados de modo que S ′ 1 y S ′ 2 estén alineados con el observador, y el patrón de interferencia resultante consta de círculos centrados en la normal a M 1 y M' 2 . Si, como en la Fig. 2b, M 1 y M ′ 2 están inclinados entre sí, las franjas de interferencia generalmente tomarán la forma de secciones cónicas (hipérbolas), pero si M ′ 1 y M ′ 2 se superponen, las franjas cerca del eje serán rectos, paralelos y equidistantes. Si S es una fuente extendida en lugar de una fuente puntual como se ilustra, las franjas de la Fig. 2a deben observarse con un telescopio colocado en el infinito, mientras que las franjas de la Fig. 2b se localizarán en los espejos. [2] : 17
El uso de luz blanca dará como resultado un patrón de franjas de colores (ver Fig. 3). [2] : 26 La franja central que representa la misma longitud de trayectoria puede ser clara u oscura dependiendo del número de inversiones de fase experimentadas por los dos haces a medida que atraviesan el sistema óptico. [2] : 26, 171–172 (Ver interferómetro de Michelson para una discusión sobre esto).
La ley de interferencia de la luz fue descrita por Thomas Young en su Conferencia Bakeriana de 1803 ante la Royal Society de Londres. [4] En preparación para la conferencia, Young realizó un experimento de doble apertura que demostró franjas de interferencia. Su interpretación en términos de interferencia de ondas fue rechazada por la mayoría de los científicos de la época debido al predominio de la teoría corpuscular de la luz de Isaac Newton propuesta un siglo antes. [5]
El ingeniero francés Augustin-Jean Fresnel , desconociendo los resultados de Young, comenzó a trabajar en una teoría ondulatoria de la luz y la interferencia y conoció a Francois Arago . Entre 1816 y 1818, Fresnel y Arago realizaron experimentos de interferencia en el Observatorio de París. Durante este tiempo, Arago diseñó y construyó el primer interferómetro, utilizándolo para medir el índice de refracción del aire húmedo en relación con el aire seco, lo que planteaba un problema potencial para las observaciones astronómicas de las posiciones de las estrellas. [6] El éxito de la teoría ondulatoria de la luz de Fresnel quedó establecido en sus memorias premiadas de 1819, que predijeron y midieron patrones de difracción. El interferómetro Arago fue empleado más tarde en 1850 por León Foucault para medir la velocidad de la luz en el aire en relación con el agua, y Hippolyte Fizeau lo utilizó nuevamente en 1851 para medir el efecto de la resistencia de Fresnel sobre la velocidad de la luz en el agua en movimiento. [7]
Jules Jamin desarrolló el primer interferómetro de haz único (que no requería una apertura de división como el interferómetro de Arago) en 1856. En 1881, el físico estadounidense Albert A. Michelson , mientras visitaba a Hermann von Helmholtz en Berlín, inventó el interferómetro que lleva el nombre él, el interferómetro de Michelson , para buscar los efectos del movimiento de la Tierra sobre la velocidad de la luz. Los resultados nulos de Michelson realizados en el sótano del Observatorio de Potsdam en las afueras de Berlín (el tráfico de caballos en el centro de Berlín creaba demasiadas vibraciones), y sus resultados nulos posteriores, más precisos, observados con Edward W. Morley en Case College en Cleveland, Ohio. , contribuyó a la creciente crisis del éter luminífero. Einstein afirmó que fue la medición de Fizeau de la velocidad de la luz en el agua en movimiento utilizando el interferómetro de Arago lo que inspiró su teoría de la suma relativista de velocidades. [8]
Los interferómetros y las técnicas interferométricas se pueden clasificar según una variedad de criterios:
En la detección homodina , la interferencia se produce entre dos haces de la misma longitud de onda (o frecuencia portadora ). La diferencia de fase entre los dos haces da como resultado un cambio en la intensidad de la luz en el detector. Se mide la intensidad de la luz resultante después de la mezcla de estos dos haces, o se observa o registra el patrón de franjas de interferencia. [9] La mayoría de los interferómetros analizados en este artículo entran en esta categoría.
La técnica heterodina se utiliza para (1) desplazar una señal de entrada a un nuevo rango de frecuencia, así como (2) amplificar una señal de entrada débil (suponiendo el uso de un mezclador activo ). Una señal de entrada débil de frecuencia f 1 se mezcla con una frecuencia de referencia fuerte f 2 de un oscilador local (LO). La combinación no lineal de las señales de entrada crea dos nuevas señales, una en la suma f 1 + f 2 de las dos frecuencias y la otra en la diferencia f 1 − f 2 . Estas nuevas frecuencias se denominan heterodinas . Normalmente sólo se desea una de las nuevas frecuencias y la otra señal se filtra de la salida del mezclador. La señal de salida tendrá una intensidad proporcional al producto de las amplitudes de las señales de entrada. [9]
La aplicación más importante y ampliamente utilizada de la técnica heterodina es el receptor superheterodino (superhet), inventado en 1917-18 por el ingeniero estadounidense Edwin Howard Armstrong y el ingeniero francés Lucien Lévy . En este circuito, la señal de radiofrecuencia entrante de la antena se mezcla con una señal de un oscilador local (LO) y se convierte mediante la técnica heterodina en una señal de frecuencia fija más baja llamada frecuencia intermedia (IF). Esta FI se amplifica y filtra antes de aplicarse a un detector que extrae la señal de audio, que se envía al altavoz. [10]
La detección óptica heterodina es una extensión de la técnica heterodina a frecuencias más altas (visibles). [9] Si bien la interferometría óptica heterodina generalmente se realiza en un solo punto, también es posible realizar este campo amplio. [11]
Un interferómetro de doble trayectoria es aquel en el que el haz de referencia y el haz de muestra viajan por trayectorias divergentes. Los ejemplos incluyen el interferómetro de Michelson , el interferómetro de Twyman-Green y el interferómetro de Mach-Zehnder . Después de ser perturbado por la interacción con la muestra bajo prueba, el haz de muestra se recombina con el haz de referencia para crear un patrón de interferencia que luego puede interpretarse. [2] : 13-22
Un interferómetro de camino común es una clase de interferómetro en el que el haz de referencia y el haz de muestra viajan por el mismo camino. La Fig. 4 ilustra el interferómetro Sagnac , el giroscopio de fibra óptica , el interferómetro de difracción puntual y el interferómetro de cizallamiento lateral . Otros ejemplos de interferómetro de trayectoria común incluyen el microscopio de contraste de fases de Zernike , el biprisma de Fresnel , el Sagnac de área cero y el interferómetro de placa de dispersión . [12]
Un interferómetro de división de frente de onda divide un frente de onda de luz que emerge de un punto o de una rendija estrecha ( es decir, luz espacialmente coherente) y, después de permitir que las dos partes del frente de onda viajen por caminos diferentes, les permite recombinarse. [13] La Fig. 5 ilustra el experimento de interferencia de Young y el espejo de Lloyd . Otros ejemplos de interferómetro de división de frente de onda incluyen el biprisma de Fresnel, el Billet Bi-Lens, el interferómetro de Michelson con rejilla de difracción [14] y el interferómetro de Rayleigh . [15]
En 1803, el experimento de interferencia de Young jugó un papel importante en la aceptación general de la teoría ondulatoria de la luz. Si se utiliza luz blanca en el experimento de Young, el resultado es una banda central blanca de interferencia constructiva correspondiente a la misma longitud de camino desde las dos rendijas, rodeada por un patrón simétrico de franjas coloreadas de intensidad decreciente. Además de la radiación electromagnética continua, el experimento de Young se ha realizado con fotones individuales, [16] con electrones, [17] [18] y con moléculas de buckyball lo suficientemente grandes como para ser vistas con un microscopio electrónico . [19]
El espejo de Lloyd genera franjas de interferencia combinando la luz directa de una fuente (líneas azules) y la luz de la imagen reflejada de la fuente (líneas rojas) de un espejo sostenido en incidencia rasante. El resultado es un patrón asimétrico de flecos. La banda de igual longitud de trayectoria, más cercana al espejo, es más oscura que brillante. En 1834, Humphrey Lloyd interpretó este efecto como prueba de que la fase de un haz reflejado en la superficie frontal está invertida. [20] [21]
Un interferómetro de división de amplitud utiliza un reflector parcial para dividir la amplitud de la onda incidente en haces separados que se separan y recombinan.
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. La separación de los planos de prueba y de referencia permite que los dos planos se inclinen entre sí. Al ajustar la inclinación, que agrega un gradiente de fase controlado al patrón de franjas, se puede controlar el espaciado y la dirección de las franjas, de modo que se pueda obtener una serie fácilmente interpretable de franjas casi paralelas en lugar de un complejo remolino de líneas de contorno. Sin embargo, para separar las placas es necesario colimar la luz de iluminación. La figura 6 muestra un haz colimado de luz monocromática que ilumina los dos pisos y un divisor de haz que permite ver las franjas en el eje. [22] [23]
El interferómetro de Mach-Zehnder es un instrumento más versátil que el interferómetro de Michelson. Cada uno de los caminos de luz bien separados se recorre sólo una vez y las franjas se pueden ajustar para que queden localizadas en cualquier plano deseado. [2] : 18 Normalmente, las franjas se ajustarían para que queden en el mismo plano que el objeto de prueba, de modo que las franjas y el objeto de prueba puedan fotografiarse juntos. Si se decide producir franjas en luz blanca, entonces, dado que la luz blanca tiene una longitud de coherencia limitada , del orden de micrómetros , se debe tener mucho cuidado para igualar las trayectorias ópticas o no serán visibles franjas. Como se ilustra en la Fig. 6, se colocaría una celda de compensación en la trayectoria del haz de referencia para que coincida con la celda de prueba. Tenga en cuenta también la orientación precisa de los divisores de haz. Las superficies reflectantes de los divisores de haz se orientarían de manera que los haces de prueba y de referencia pasen a través de una cantidad igual de vidrio. En esta orientación, los haces de prueba y de referencia experimentan cada uno dos reflexiones en la superficie frontal, lo que da como resultado el mismo número de inversiones de fase. El resultado es que la luz que viaja a lo largo de un camino óptico de igual longitud en los haces de prueba y de referencia produce una franja de luz blanca de interferencia constructiva. [24] [25]
El corazón del interferómetro Fabry-Pérot es un par de planos ópticos de vidrio parcialmente plateados espaciados entre sí de varios milímetros a centímetros con las superficies plateadas una frente a la otra. (Alternativamente, un etalon de Fabry-Pérot utiliza una placa transparente con dos superficies reflectantes paralelas). [2] : 35–36 Al igual que con el interferómetro de Fizeau, las partes planas están ligeramente biseladas. En un sistema típico, la iluminación la proporciona una fuente difusa situada en el plano focal de una lente colimadora. Una lente de enfoque produce lo que sería una imagen invertida de la fuente si los pares de caras no estuvieran presentes, es decir, en ausencia de los pares de caras, toda la luz emitida desde el punto A que pasa a través del sistema óptico se enfocaría en el punto A'. En la Fig. 6, sólo se traza un rayo emitido desde el punto A de la fuente. A medida que el rayo pasa a través de los pisos emparejados, se refleja múltiples veces para producir múltiples rayos transmitidos que son recogidos por la lente de enfoque y llevados al punto A' de la pantalla. El patrón de interferencia completo toma la apariencia de un conjunto de anillos concéntricos. El filo de los anillos depende de la reflectividad de las caras. Si la reflectividad es alta, lo que da como resultado un factor Q alto (es decir, alta delicadeza), la luz monocromática produce un conjunto de anillos estrechos y brillantes sobre un fondo oscuro. [26] En la Fig. 6, la imagen de baja finura corresponde a una reflectividad de 0,04 (es decir, superficies no plateadas) frente a una reflectividad de 0,95 para la imagen de alta finura.
La figura 6 ilustra los interferómetros de Fizeau, Mach-Zehnder y Fabry-Pérot. Otros ejemplos de interferómetro de división de amplitud incluyen el interferómetro de Michelson , Twyman-Green , Laser Unequal Path y Linnik . [27]
Michelson y Morley (1887) [28] y otros experimentadores tempranos que utilizaron técnicas interferométricas en un intento de medir las propiedades del éter luminífero , utilizaron luz monocromática sólo para configurar inicialmente su equipo, siempre cambiando a luz blanca para las mediciones reales. La razón es que las mediciones se registraron visualmente. La luz monocromática daría como resultado un patrón de franjas uniforme. Al carecer de medios modernos para controlar la temperatura ambiental , los experimentadores lucharon con una deriva marginal continua incluso aunque el interferómetro pudiera estar instalado en un sótano. Dado que las franjas desaparecerían ocasionalmente debido a las vibraciones del tráfico de caballos, tormentas distantes y similares, sería fácil para un observador "perderse" cuando las franjas volvieran a ser visibles. Las ventajas de la luz blanca, que producía un patrón de franjas de colores distintivos, superaron con creces las dificultades de alinear el aparato debido a su baja longitud de coherencia . [29] Este fue un ejemplo temprano del uso de luz blanca para resolver la "ambigüedad de 2 pi".
En física, uno de los experimentos más importantes de finales del siglo XIX fue el famoso "experimento fallido" de Michelson y Morley que proporcionó evidencia de la relatividad especial . "Repeticiones recientes del experimento de Michelson-Morley realizan mediciones heterodinas de frecuencias de latido de resonadores ópticos criogénicos cruzados ". La figura 7 ilustra un experimento con resonador realizado por Müller et al. en 2003. [30] Dos resonadores ópticos construidos con zafiro cristalino, que controlan las frecuencias de dos láseres, se colocaron en ángulo recto dentro de un criostato de helio. Un comparador de frecuencia midió la frecuencia de batido de las salidas combinadas de los dos resonadores. A partir de 2009 [actualizar], la precisión con la que se puede excluir la anisotropía de la velocidad de la luz en experimentos con resonadores está en el nivel 10 −17 . [31] [32]
Los interferómetros de Michelson se utilizan en filtros ópticos de banda estrecha sintonizables [33] y como componente central de hardware de los espectrómetros de transformada de Fourier . [34]
Cuando se utilizan como filtro de banda estrecha sintonizable, los interferómetros de Michelson presentan una serie de ventajas y desventajas en comparación con tecnologías de la competencia, como los interferómetros de Fabry-Pérot o los filtros de Lyot . Los interferómetros de Michelson tienen el mayor campo de visión para una longitud de onda específica y su funcionamiento es relativamente sencillo, ya que la sintonización se realiza mediante la rotación mecánica de placas de ondas en lugar de mediante el control de alto voltaje de cristales piezoeléctricos o moduladores ópticos de niobato de litio como los que se utilizan en un sistema Fabry-Pérot. . En comparación con los filtros Lyot, que utilizan elementos birrefringentes, los interferómetros de Michelson tienen una sensibilidad a la temperatura relativamente baja. En el lado negativo, los interferómetros de Michelson tienen un rango de longitud de onda relativamente restringido y requieren el uso de prefiltros que restringen la transmitancia. [35]
La figura 8 ilustra el funcionamiento de un espectrómetro de transformada de Fourier, que es esencialmente un interferómetro de Michelson con un espejo móvil. (Un espectrómetro práctico de transformada de Fourier sustituiría los espejos planos del interferómetro de Michelson convencional por reflectores de cubos de esquina, pero para simplificar, la ilustración no muestra esto.) Un interferograma se genera midiendo la señal en muchas posiciones discretas del movimiento. espejo. Una transformada de Fourier convierte el interferograma en un espectro real. [36]
La Fig. 9 muestra una imagen Doppler de la corona solar realizada utilizando un interferómetro Fabry-Pérot sintonizable para recuperar escaneos de la corona solar en varias longitudes de onda cerca de la línea verde FeXIV. La imagen es una imagen codificada por colores del desplazamiento Doppler de la línea, que puede estar asociado con la velocidad del plasma coronal hacia o desde la cámara del satélite.
Los etalons de película delgada de Fabry-Pérot se utilizan en filtros de paso de banda estrechos capaces de seleccionar una única línea espectral para obtener imágenes; por ejemplo, la línea H-alfa o la línea Ca-K del Sol o de las estrellas. La Fig. 10 muestra una imagen del Sol del Telescopio de Imágenes Ultravioleta Extrema (EIT) a 195 Ångströms (19,5 nm), correspondiente a una línea espectral de átomos de hierro multiionizados. [37] EIT utilizó espejos reflectantes recubiertos de múltiples capas que estaban recubiertos con capas alternas de un elemento "espaciador" ligero (como el silicio) y un elemento "dispersor" pesado (como el molibdeno). Se colocaron aproximadamente 100 capas de cada tipo en cada espejo, con un espesor de alrededor de 10 nm cada una. Los espesores de las capas se controlaron estrictamente de modo que, a la longitud de onda deseada, los fotones reflejados de cada capa interfirieran de manera constructiva.
El Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO) utiliza dos interferómetros Michelson-Fabry-Pérot de 4 km para la detección de ondas gravitacionales . [38] En esta aplicación, la cavidad de Fabry-Pérot se utiliza para almacenar fotones durante casi un milisegundo mientras rebotan hacia arriba y hacia abajo entre los espejos. Esto aumenta el tiempo que una onda gravitacional puede interactuar con la luz, lo que resulta en una mejor sensibilidad a bajas frecuencias. Se utilizan cavidades más pequeñas, normalmente llamadas limpiadores de modo, para el filtrado espacial y la estabilización de frecuencia del láser principal. La primera observación de ondas gravitacionales ocurrió el 14 de septiembre de 2015. [39]
El espacio de trabajo relativamente grande y de libre acceso del interferómetro Mach-Zehnder, y su flexibilidad para ubicar las franjas lo han convertido en el interferómetro elegido para visualizar el flujo en túneles de viento, [40] [41] y para estudios de visualización de flujo en general. Se utiliza frecuentemente en los campos de la aerodinámica, la física del plasma y la transferencia de calor para medir los cambios de presión, densidad y temperatura en los gases. [2] : 18, 93–95
Los interferómetros de Mach-Zehnder también se utilizan para estudiar una de las predicciones más contradictorias de la mecánica cuántica, el fenómeno conocido como entrelazamiento cuántico . [42] [43]
Un interferómetro astronómico logra observaciones de alta resolución utilizando la técnica de síntesis de apertura , mezclando señales de un grupo de telescopios comparativamente pequeños en lugar de un único telescopio monolítico muy costoso. [44]
Los primeros interferómetros de radiotelescopios utilizaban una única línea de base para la medición. Los interferómetros astronómicos posteriores, como el Very Large Array ilustrado en la figura 11, utilizaron conjuntos de telescopios dispuestos en un patrón en el suelo. Un número limitado de líneas de base dará como resultado una cobertura insuficiente. Esto se alivió utilizando la rotación de la Tierra para rotar la matriz en relación con el cielo. Así, una única línea de base podría medir información en múltiples orientaciones mediante la toma de mediciones repetidas, una técnica llamada síntesis de rotación de la Tierra . Se lograron líneas de base de miles de kilómetros de longitud utilizando interferometría de línea de base muy larga . [44]
La interferometría óptica astronómica ha tenido que superar una serie de problemas técnicos que no comparten la interferometría de radiotelescopios. Las longitudes de onda cortas de la luz requieren una precisión y estabilidad de construcción extremas. Por ejemplo, una resolución espacial de 1 miliarcosegundo requiere una estabilidad de 0,5 μm en una línea de base de 100 m. Las mediciones interferométricas ópticas requieren detectores de alta sensibilidad y bajo ruido que no estuvieron disponibles hasta finales de los años 1990. La "visión" astronómica , la turbulencia que hace que las estrellas centelleen, introduce cambios de fase rápidos y aleatorios en la luz entrante, lo que requiere que las tasas de recopilación de datos sean más rápidas que la tasa de turbulencia. [46] [47] A pesar de estas dificultades técnicas, tres instalaciones importantes están actualmente en funcionamiento y ofrecen resoluciones de hasta fracciones de miliarcosegundo. Este vídeo vinculado muestra una película ensamblada a partir de imágenes de síntesis de apertura del sistema Beta Lyrae , un sistema estelar binario aproximadamente a 960 años luz (290 pársecs) de distancia en la constelación de Lyra, observado por el conjunto CHARA con el instrumento MIRC. El componente más brillante es la estrella primaria o donante de masa. El componente más débil es el disco grueso que rodea a la estrella secundaria, o el ganador de masa. Los dos componentes están separados por 1 milisegundo de arco. Las distorsiones de marea del donante de masa y del ganador de masa son claramente visibles. [48]
El carácter ondulatorio de la materia puede aprovecharse para construir interferómetros. Los primeros ejemplos de interferómetros de materia fueron los interferómetros de electrones , seguidos más tarde por los interferómetros de neutrones . Alrededor de 1990 se demostraron los primeros interferómetros atómicos , seguidos más tarde por interferómetros que emplean moléculas. [49] [50] [51]
La holografía electrónica es una técnica de imágenes que registra fotográficamente el patrón de interferencia electrónica de un objeto, que luego se reconstruye para producir una imagen muy ampliada del objeto original. [52] Esta técnica fue desarrollada para permitir una mayor resolución en microscopía electrónica de la que es posible utilizando técnicas de imágenes convencionales. La resolución de la microscopía electrónica convencional no está limitada por la longitud de onda de los electrones, sino por las grandes aberraciones de las lentes electrónicas. [53]
La interferometría de neutrones se ha utilizado para investigar el efecto Aharonov-Bohm , examinar los efectos de la gravedad que actúa sobre una partícula elemental y demostrar un comportamiento extraño de los fermiones que está en la base del principio de exclusión de Pauli : a diferencia de los objetos macroscópicos, cuando los fermiones giran 360° alrededor de cualquier eje, no vuelven a su estado original, sino que desarrollan un signo menos en su función de onda. En otras palabras, es necesario girar un fermión 720° antes de volver a su estado original. [54]
Las técnicas de interferometría atómica están alcanzando una precisión suficiente para permitir pruebas de relatividad general a escala de laboratorio . [55]
Los interferómetros se utilizan en física atmosférica para mediciones de alta precisión de gases traza mediante sondeos remotos de la atmósfera. Hay varios ejemplos de interferómetros que utilizan características de absorción o emisión de gases traza. Un uso típico sería el monitoreo continuo de la concentración de la columna de gases traza como ozono y monóxido de carbono sobre el instrumento. [56]
La interferometría de Newton (placa de prueba) se utiliza con frecuencia en la industria óptica para probar la calidad de las superficies a medida que se les da forma y se calculan. La Fig. 13 muestra fotografías de pisos de referencia que se utilizan para verificar dos pisos de prueba en diferentes etapas de finalización, mostrando los diferentes patrones de franjas de interferencia. Las viviendas de referencia descansan con sus superficies inferiores en contacto con las viviendas de prueba y están iluminadas por una fuente de luz monocromática. Las ondas de luz reflejadas por ambas superficies interfieren, dando como resultado un patrón de bandas brillantes y oscuras. La superficie en la foto de la izquierda es casi plana, indicada por un patrón de franjas de interferencia paralelas y rectas a intervalos iguales. La superficie de la foto de la derecha es irregular, lo que da como resultado un patrón de franjas curvas. Cada par de franjas adyacentes representa una diferencia en la elevación de la superficie de media longitud de onda de la luz utilizada, por lo que las diferencias en elevación se pueden medir contando las franjas. Con este método se puede medir la planitud de las superficies hasta millonésimas de pulgada. Para determinar si la superficie que se está probando es cóncava o convexa con respecto al plano óptico de referencia, se puede adoptar cualquiera de varios procedimientos. Se puede observar cómo los flecos se desplazan cuando se presiona suavemente sobre el plano superior. Si se observan las franjas en luz blanca, la secuencia de colores se familiariza con la experiencia y ayuda a la interpretación. Finalmente, se puede comparar la apariencia de las franjas cuando se mueve la cabeza desde una posición de visión normal a una oblicua. [57] Este tipo de maniobras, si bien son comunes en el taller de óptica, no son adecuadas en un entorno de prueba formal. Cuando los pisos estén listos para la venta, normalmente se montarán en un interferómetro Fizeau para realizar pruebas y certificaciones formales.
Los etalons de Fabry-Pérot se utilizan ampliamente en telecomunicaciones , láseres y espectroscopia para controlar y medir las longitudes de onda de la luz. Los filtros dicroicos son etálones de película fina de múltiples capas . En telecomunicaciones, la multiplexación por división de longitud de onda , la tecnología que permite el uso de múltiples longitudes de onda de luz a través de una única fibra óptica, depende de dispositivos de filtrado que son láminas de película delgada. Los láseres monomodo emplean etalones para suprimir todos los modos de la cavidad óptica excepto el de interés. [2] : 42
El interferómetro Twyman-Green, inventado por Twyman y Green en 1916, es una variante del interferómetro de Michelson ampliamente utilizado para probar componentes ópticos. [58] Las características básicas que la distinguen de la configuración de Michelson son el uso de una fuente de luz puntual monocromática y un colimador. Michelson (1918) criticó la configuración Twyman-Green por ser inadecuada para probar componentes ópticos grandes, ya que las fuentes de luz disponibles en ese momento tenían una longitud de coherencia limitada . Michelson señaló que las restricciones geométricas impuestas por una longitud de coherencia limitada requerían el uso de un espejo de referencia del mismo tamaño que el espejo de prueba, lo que hacía que el Twyman-Green no fuera práctico para muchos propósitos. [59] Décadas más tarde, la llegada de las fuentes de luz láser respondió a las objeciones de Michelson. (Un interferómetro Twyman-Green que utiliza una fuente de luz láser y una longitud de trayectoria desigual se conoce como interferómetro láser de trayectoria desigual, o LUPI). La figura 14 ilustra un interferómetro Twyman-Green configurado para probar una lente. La luz de una fuente puntual monocromática se expande mediante una lente divergente (no mostrada) y luego se colima en un haz paralelo. Se coloca un espejo esférico convexo de modo que su centro de curvatura coincida con el foco de la lente que se está probando. El haz emergente es registrado por un sistema de imágenes para su análisis. [60]
Los interferómetros Mach-Zehnder se utilizan en circuitos ópticos integrados , en los que la luz interfiere entre dos ramas de una guía de ondas que se modulan externamente para variar su fase relativa. Una ligera inclinación de uno de los divisores de haz dará como resultado una diferencia de trayectoria y un cambio en el patrón de interferencia. Los interferómetros Mach-Zehnder son la base de una amplia variedad de dispositivos, desde moduladores de RF hasta sensores [61] [62] e interruptores ópticos . [63]
Los últimos telescopios astronómicos extremadamente grandes propuestos , como el Telescopio de Treinta Metros y el Telescopio Extremadamente Grande , tendrán un diseño segmentado. Sus espejos primarios se construirán a partir de cientos de segmentos de espejos hexagonales. Pulir y modelar estos segmentos de espejos altamente asféricos y no simétricos rotacionalmente presenta un gran desafío. Los medios tradicionales de prueba óptica comparan una superficie con una referencia esférica con la ayuda de un corrector nulo . En los últimos años, los hologramas generados por computadora (CGH) han comenzado a complementar los correctores nulos en configuraciones de prueba para superficies asféricas complejas. La figura 15 ilustra cómo se hace esto. 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. Se puede utilizar la misma configuración de prueba para los espejos más internos que para los más externos, y solo es necesario cambiar el CGH. [64]
Los giroscopios láser de anillo (RLG) y los giroscopios de fibra óptica (FOG) son interferómetros utilizados en los sistemas de navegación. Funcionan según el principio del efecto Sagnac . La distinción entre RLG y FOG es que en un RLG, todo el anillo es parte del láser, mientras que en un FOG, un láser externo inyecta haces de contrapropagación en un anillo de fibra óptica y la rotación del sistema provoca un cambio de fase relativo. entre esas vigas. En un RLG, el cambio de fase observado es proporcional a la rotación acumulada, mientras que en un FOG, el cambio de fase observado es proporcional a la velocidad angular. [sesenta y cinco]
En las redes de telecomunicaciones, la heterodinación se utiliza para mover frecuencias de señales individuales a diferentes canales que pueden compartir una única línea de transmisión física. Esto se llama multiplexación por división de frecuencia (FDM). Por ejemplo, un cable coaxial utilizado por un sistema de televisión por cable puede transportar 500 canales de televisión al mismo tiempo porque a cada uno se le asigna una frecuencia diferente, por lo que no interfieren entre sí. Los detectores de radar Doppler de onda continua (CW) son básicamente dispositivos de detección heterodinos que comparan haces transmitidos y reflejados. [66]
La detección óptica heterodina se utiliza para mediciones LIDAR Doppler coherentes capaces de detectar luz muy débil dispersada en la atmósfera y monitorear la velocidad del viento con alta precisión. Tiene aplicación en comunicaciones por fibra óptica , en diversas técnicas espectroscópicas de alta resolución y el método autoheterodino se puede utilizar para medir el ancho de línea de un láser. [9] [67]
La detección óptica heterodina es una técnica esencial utilizada en mediciones de alta precisión de las frecuencias de fuentes ópticas, así como en la estabilización de sus frecuencias. Hasta hace relativamente pocos años, se necesitaban largas cadenas de frecuencia para conectar la frecuencia de microondas de una fuente de cesio u otra fuente de tiempo atómico con frecuencias ópticas. En cada paso de la cadena, se utilizaría un multiplicador de frecuencia para producir un armónico de la frecuencia de ese paso, que se compararía mediante detección heterodina con el siguiente paso (la salida de una fuente de microondas, láser infrarrojo lejano, láser infrarrojo, o láser visible). Cada medición de una única línea espectral requirió varios años de esfuerzo en la construcción de una cadena de frecuencia personalizada. Actualmente, los peines de frecuencias ópticas han proporcionado un método mucho más sencillo para medir frecuencias ópticas. Si un láser de modo bloqueado se modula para formar un tren de pulsos, se ve que su espectro consiste en la frecuencia portadora rodeada por un peine muy espaciado de frecuencias de banda lateral óptica con un espaciado igual a la frecuencia de repetición del pulso (Fig. 16). La frecuencia de repetición del pulso está fijada a la del estándar de frecuencia , y las frecuencias de los elementos de peine en el extremo rojo del espectro se duplican y son heterodinas con las frecuencias de los elementos de peine en el extremo azul del espectro, permitiendo así que el peine para que sirva de referencia propia. De esta manera, el bloqueo de la salida del peine de frecuencia a un estándar atómico se puede realizar en un solo paso. Para medir una frecuencia desconocida, la salida del peine de frecuencias se dispersa en un espectro. La frecuencia desconocida se superpone con el segmento espectral apropiado del peine y se mide la frecuencia de los latidos heterodinos resultantes. [68] [69]
Una de las aplicaciones industriales más comunes de la interferometría óptica es como herramienta de medición versátil para el examen de alta precisión de la topografía de superficies. Las técnicas de medición interferométrica populares incluyen la interferometría de desplazamiento de fase (PSI), [70] y la interferometría de barrido vertical (VSI), [71] también conocida como interferometría de barrido de luz blanca (SWLI) o por el término ISO interferometría de barrido de coherencia (CSI), [72 ] CSI explota la coherencia para ampliar la gama de capacidades de la microscopía de interferencia. [73] [74] Estas técnicas se utilizan ampliamente en la fabricación microelectrónica y microóptica. PSI utiliza luz monocromática y proporciona mediciones muy precisas; sin embargo, sólo se puede utilizar en superficies muy lisas. CSI a menudo utiliza luz blanca y aperturas numéricas altas, y en lugar de observar la fase de las franjas, como lo hace PSI, busca la mejor posición de máximo contraste de franjas o alguna otra característica del patrón de franjas general. En su forma más simple, CSI proporciona mediciones menos precisas que PSI pero puede usarse en superficies rugosas. Algunas configuraciones de CSI, conocidas como VSI mejorado (EVSI), SWLI de alta resolución o análisis de dominio de frecuencia (FDA), utilizan efectos de coherencia en combinación con la fase de interferencia para mejorar la precisión. [75] [76]
La interferometría de cambio de fase aborda varios problemas asociados con el análisis clásico de interferogramas estáticos. Clásicamente, se miden las posiciones de los centros marginales. Como se ve en la Fig. 13, las desviaciones marginales de la rectitud y el espaciado igual proporcionan una medida de la aberración. Los errores al determinar la ubicación de los centros marginales proporcionan el límite inherente a la precisión del análisis clásico, y cualquier variación de intensidad a través del interferograma también introducirá errores. Existe un equilibrio entre la precisión y el número de puntos de datos: las franjas muy espaciadas proporcionan muchos puntos de datos de baja precisión, mientras que las franjas muy espaciadas proporcionan un número bajo de puntos de datos de alta precisión. Dado que los datos del centro marginal son todo lo que se utiliza en el análisis clásico, toda la demás información que teóricamente podría obtenerse mediante un análisis detallado de las variaciones de intensidad en un interferograma se desecha. [77] [78] Finalmente, con los interferogramas estáticos, se necesita información adicional para determinar la polaridad del frente de onda: En la Fig. 13, se puede ver que la superficie probada a la derecha se desvía de la planitud, pero no se puede decir a partir de este único Imagínese si esta desviación de la planitud es cóncava o convexa. Tradicionalmente, esta información se obtendría utilizando medios no automatizados, como observando la dirección en la que se mueven las franjas cuando se empuja la superficie de referencia. [79]
La interferometría de cambio de fase supera estas limitaciones al no depender de la búsqueda de centros marginales, sino de recopilar datos de intensidad de cada punto del sensor de imagen CCD . Como se ve en la Fig. 17, se analizan múltiples interferogramas (al menos tres) con la superficie óptica de referencia desplazada en una fracción precisa de una longitud de onda entre cada exposición utilizando un transductor piezoeléctrico (PZT). Alternativamente, se pueden introducir cambios de fase precisos modulando la frecuencia del láser. [80] Las imágenes capturadas son procesadas por una computadora para calcular los errores del frente de onda óptica. La precisión y reproducibilidad de PSI es mucho mayor de lo que es posible en el análisis de interferograma estático, siendo rutinarias las repeticiones de medición de una centésima de longitud de onda. [77] [78] La tecnología de cambio de fase se ha adaptado a una variedad de tipos de interferómetros como Twyman-Green, Mach-Zehnder, láser Fizeau e incluso configuraciones de trayectoria comunes como los interferómetros de difracción puntual y de corte lateral. [79] [81] De manera más general, las técnicas de cambio de fase se pueden adaptar a casi cualquier sistema que utilice franjas para la medición, como la interferometría holográfica y moteada. [79]
En la interferometría de barrido de coherencia , [82] la interferencia solo se logra cuando los retrasos en la longitud del camino del interferómetro coinciden dentro del tiempo de coherencia de la fuente de luz. CSI monitorea el contraste de las franjas en lugar de la fase de las franjas. [2] : 105 Fig. 17 ilustra un microscopio CSI usando un interferómetro Mirau en el objetivo; Otras formas de interferómetro utilizadas con luz blanca incluyen el interferómetro de Michelson (para objetivos de bajo aumento, donde el espejo de referencia en un objetivo Mirau interrumpiría demasiado la apertura) y el interferómetro Linnik (para objetivos de alto aumento con distancia de trabajo limitada). [83] La muestra (o alternativamente, el objetivo) se mueve verticalmente sobre todo el rango de altura de la muestra y se encuentra la posición de máximo contraste marginal para cada píxel. [73] [84] El principal beneficio de la interferometría de barrido de coherencia es que se pueden diseñar sistemas que no sufran la ambigüedad de 2 pi de la interferometría coherente, [85] [86] [87] y como se ve en la Fig. 18, que escanea un volumen de 180 μm x 140 μm x 10 μm, y es muy adecuado para perfilar escalones y superficies rugosas. La resolución axial del sistema está determinada en parte por la longitud de coherencia de la fuente de luz. [88] [89] Las aplicaciones industriales incluyen metrología de superficies en proceso , medición de rugosidad, metrología de superficies 3D en espacios de difícil acceso y en entornos hostiles, perfilometría de superficies con características de alta relación de aspecto (ranuras, canales, agujeros) y Medición del espesor de la película (industrias óptica y de semiconductores, etc.). [90] [91]
La figura 19 ilustra un interferómetro Twyman-Green configurado para escanear con luz blanca un objeto macroscópico.
La interferometría holográfica es una técnica que utiliza la holografía para monitorear pequeñas deformaciones en implementaciones de una sola longitud de onda. En implementaciones de múltiples longitudes de onda, se utiliza para realizar metrología dimensional de piezas y conjuntos grandes y para detectar defectos superficiales más grandes. [2] : 111-120
La interferometría holográfica fue descubierta por accidente como resultado de errores cometidos durante la realización de hologramas. Los primeros láseres eran relativamente débiles y las placas fotográficas insensibles, lo que requería largas exposiciones durante las cuales podían producirse vibraciones o cambios mínimos en el sistema óptico. Los hologramas resultantes, que mostraban al sujeto holográfico cubierto de flecos, se consideraron arruinados. [92]
Finalmente, a mediados de los años 60, varios grupos independientes de experimentadores se dieron cuenta de que las franjas codificaban información importante sobre los cambios dimensionales que ocurrían en el sujeto y comenzaron a producir intencionalmente dobles exposiciones holográficas. El artículo principal sobre interferometría holográfica cubre las disputas sobre la prioridad del descubrimiento que ocurrieron durante la emisión de la patente para este método. [93]
La holografía de exposición doble y múltiple es uno de los tres métodos utilizados para crear interferogramas holográficos. Una primera exposición registra el objeto en un estado tranquilo. Se realizan exposiciones posteriores sobre la misma placa fotográfica mientras el objeto está sometido a cierta tensión. La imagen compuesta muestra la diferencia entre los estados estresados y no estresados. [94]
La holografía en tiempo real es un segundo método para crear interferogramas holográficos. Se crea una holografía del objeto no estresado. Este holograma se ilumina con un haz de referencia para generar una imagen de holograma del objeto directamente superpuesta sobre el objeto original mientras el objeto está sujeto a cierta tensión. Las ondas del objeto de esta imagen de holograma interferirán con las nuevas ondas provenientes del objeto. Esta técnica permite el seguimiento en tiempo real de los cambios de forma. [94]
El tercer método, la holografía de tiempo promedio, implica crear un holograma mientras el objeto está sujeto a una tensión o vibración periódica. Esto produce una imagen visual del patrón de vibración. [94]
El radar interferométrico de apertura sintética (InSAR) es una técnica de radar utilizada en geodesia y teledetección . Las imágenes de radar de apertura sintética de satélite de una característica geográfica se toman en días separados, y los cambios que han tenido lugar entre las imágenes de radar tomadas en días separados se registran como franjas similares a las obtenidas en la interferometría holográfica. La técnica puede monitorear la deformación en escalas de centímetros a milímetros resultante de terremotos, volcanes y deslizamientos de tierra, y también tiene usos en ingeniería estructural, en particular para el monitoreo de hundimientos y estabilidad estructural. La figura 20 muestra el Kilauea, un volcán activo en Hawaii. Los datos adquiridos utilizando el radar de apertura sintética de banda X del transbordador espacial Endeavour el 13 de abril de 1994 y el 4 de octubre de 1994 se utilizaron para generar franjas interferométricas, que se superpusieron a la imagen X-SAR de Kilauea. [95]
La interferometría electrónica de patrón de moteado (ESPI), también conocida como holografía de TV, utiliza detección y grabación de video para producir una imagen del objeto a la que se superpone un patrón de franjas que representa el desplazamiento del objeto entre grabaciones. (ver Fig. 21) Las franjas son similares a las obtenidas en interferometría holográfica. [2] : 111–120 [96]
Cuando se inventaron los láseres, se consideró que las manchas láser eran un grave inconveniente en el uso de láseres para iluminar objetos, particularmente en imágenes holográficas, debido a la imagen granulada producida. Más tarde se descubrió que los patrones de motas podían contener información sobre las deformaciones de la superficie del objeto. Butters y Leendertz desarrollaron la técnica de interferometría de patrón de moteado en 1970, [97] y desde entonces, el moteado se ha explotado en una variedad de otras aplicaciones. Se toma una fotografía del patrón moteado antes de la deformación y se toma una segunda fotografía del patrón moteado después de la deformación. La resta digital de las dos imágenes da como resultado un patrón de franjas de correlación, donde las franjas representan líneas de igual deformación. Se pueden utilizar pulsos láser cortos en el rango de nanosegundos para capturar eventos transitorios muy rápidos. Existe un problema de fase: en ausencia de otra información, no se puede distinguir entre las curvas de nivel que indican un pico y las líneas de contorno que indican un valle. Para resolver el problema de la ambigüedad de fase, ESPI se puede combinar con métodos de cambio de fase. [98] [99]
Un método para establecer líneas de base geodésicas precisas , inventado por Yrjö Väisälä , explotaba la baja longitud de coherencia de la luz blanca. Inicialmente, la luz blanca se dividió en dos, con el haz de referencia "doblado", rebotando seis veces entre un par de espejos espaciados exactamente a 1 m de distancia. Sólo si la ruta de prueba fuera exactamente 6 veces la ruta de referencia se verían franjas. Las aplicaciones repetidas de este procedimiento permitieron medir con precisión distancias de hasta 864 metros. Las líneas de base así establecidas se utilizaron para calibrar los equipos de medición de distancias geodésicas, lo que condujo a una escala metrológicamente trazable para las redes geodésicas medidas por estos instrumentos. [100] (Este método ha sido reemplazado por GPS).
Otros usos de los interferómetros han sido el estudio de la dispersión de materiales, la medición de índices de refracción complejos y las propiedades térmicas. También se utilizan para mapear movimiento tridimensional, incluido el mapeo de patrones vibratorios de estructuras. [75]
La interferometría óptica, aplicada a la biología y la medicina, proporciona capacidades de metrología sensibles para la medición de biomoléculas, componentes subcelulares, células y tejidos. [101] Muchas formas de biosensores sin etiquetas se basan en la interferometría porque la interacción directa de los campos electromagnéticos con la polarizabilidad molecular local elimina la necesidad de etiquetas fluorescentes o marcadores de nanopartículas . A mayor escala, la interferometría celular comparte aspectos con la microscopía de contraste de fase, pero comprende una clase mucho más amplia de configuraciones ópticas sensibles a la fase que dependen de la interferencia óptica entre los componentes celulares a través de la refracción y la difracción. A escala de tejido, la propagación de luz parcialmente coherente y dispersada hacia adelante a través de las microaberraciones y la heterogeneidad de la estructura del tejido brinda oportunidades para utilizar la activación sensible a la fase (tomografía de coherencia óptica), así como la espectroscopia de fluctuación sensible a la fase para obtener imágenes de propiedades estructurales y dinámicas sutiles. .
La tomografía de coherencia óptica (OCT) es una técnica de imágenes médicas que utiliza interferometría de baja coherencia para proporcionar visualización tomográfica de las microestructuras de los tejidos internos. Como se ve en la Fig. 22, el núcleo de un sistema OCT típico es un interferómetro de Michelson. Un brazo del interferómetro se enfoca en la muestra de tejido y escanea la muestra en un patrón de trama longitudinal XY. El otro brazo del interferómetro rebota en un espejo de referencia. La luz reflejada de la muestra de tejido se combina con la luz reflejada de la referencia. Debido a la baja coherencia de la fuente de luz, la señal interferométrica se observa sólo en una profundidad limitada de la muestra. Por lo tanto, el escaneo XY registra una delgada porción óptica de la muestra a la vez. Al realizar múltiples exploraciones y mover el espejo de referencia entre cada exploración, se puede reconstruir una imagen tridimensional completa del tejido. [102] [103] Los avances recientes se han esforzado por combinar la recuperación en fase nanométrica de la interferometría coherente con la capacidad de alcance de la interferometría de baja coherencia. [75]
La microscopía de contraste de fase y contraste de interferencia diferencial (DIC) son herramientas importantes en biología y medicina. La mayoría de las células animales y organismos unicelulares tienen muy poco color y sus orgánulos intracelulares son casi totalmente invisibles bajo una simple iluminación de campo brillante . Estas estructuras pueden hacerse visibles tiñendo las muestras, pero los procedimientos de tinción requieren mucho tiempo y matan las células. Como se ve en las Figs. 24 y 25, los microscopios de contraste de fases y DIC permiten estudiar células vivas sin teñir. [104] DIC también tiene aplicaciones no biológicas, por ejemplo en el análisis del procesamiento de semiconductores de silicio planos .
La interferometría de baja coherencia con resolución de ángulo (a/LCI) utiliza luz dispersa para medir los tamaños de objetos subcelulares, incluidos los núcleos celulares . Esto permite combinar mediciones de profundidad por interferometría con mediciones de densidad. Se han encontrado diversas correlaciones entre el estado de salud de los tejidos y las mediciones de objetos subcelulares. Por ejemplo, se ha descubierto que a medida que el tejido cambia de normal a canceroso, aumenta el tamaño medio de los núcleos celulares. [105] [106]
Las imágenes de rayos X de contraste de fase (Fig. 26) se refieren a una variedad de técnicas que utilizan información de fase de un haz de rayos X coherente para obtener imágenes de los tejidos blandos. (Para una discusión elemental, consulte Imágenes de rayos X de contraste de fase (introducción) . Para una revisión más detallada, consulte Imágenes de rayos X de contraste de fase .) Se ha convertido en un método importante para visualizar estructuras celulares e histológicas en un amplia gama de estudios biológicos y médicos. Se utilizan varias tecnologías para obtener imágenes de contraste de fase de rayos X, y todas utilizan principios diferentes para convertir las variaciones de fase de los rayos X que emergen de un objeto en variaciones de intensidad. [107] [108] Estos incluyen contraste de fase basado en propagación, [109] interferometría de Talbot , [108] interferometría de campo lejano basada en Moiré , [110] imágenes mejoradas por refracción, [111] e interferometría de rayos X. [112] Estos métodos proporcionan un mayor contraste en comparación con las imágenes de rayos X de contraste de absorción normal, lo que permite ver detalles más pequeños. Una desventaja es que estos métodos requieren equipos más sofisticados, como fuentes de rayos X sincrotrón o microfoco , óptica de rayos X o detectores de rayos X de alta resolución.
Se eligieron franjas de luz blanca para las observaciones porque consisten en un pequeño grupo de franjas que tienen una franja negra central claramente definida que forma una marca de referencia cero permanente para todas las lecturas.
Medios relacionados con la interferometría en Wikimedia Commons
