La interferometría: técnica de medición no intrusiva

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El inicio de la interferometría como una aplicación científica, es determinado por el trabajo de A. Michelson en el año de 1880. Michelson fue quien dio el nombre de interferómetro al instrumento para aplicar esta técnica, y fue quien realizó uno de los primeros experimentos para determinar la velocidad de la tierra a través del éter. Paradójicamente, las consecuencias de esta frustrada demostración fueron la inexistencia del éter y la determinación del valor constante de la velocidad de la luz en el vacío, cuya repercusión ha sido fundamental en la consolidación de la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica.
Gracias a la invención del láser en 1960, las técnicas interferométricas adquirieron gran importancia en la industria, evidenciando lo inadecuado de otros métodos para la caracterización de superficies. Por ejemplo, los métodos que utilizan la dispersión de la luz para sus mediciones, dan información general de la suavidad de la superficie, pero no de la distribución espacial o de las alturas y el tamaño de las irregularidades sobre la zona bajo estudio. Este es el caso de los microscopios ópticos que resuelven detalles muy pequeños, pero salvo equipos sofisticados, no pueden determinar directamente la altura de los múltiples elementos que constituyen la imagen.
La perfilometría es otra técnica de medición de superficies muy utilizada. Su operación se basa en un sensor mecánico, llamado estilete (stylus), controlado por un procesador electrónico que calcula las coordenadas en el espacio del objeto a medir. En este sistema, el estilete se desliza a través de la superficie determinando la altura del perfil recorrido.
La gran desventaja del método consiste en ser una técnica intrusiva, ya que al ejercer presión sobre el objeto puede ocasionar deformación o leves rayaduras en la superficie, modificando el valor verdadero de la medición o en algunas ocasiones, dañando la muestra. Además, debido a que sólo puede determinar porciones parciales de la muestra requiere mayor tiempo de operación, a fin de obtener la información completa del área bajo análisis. Por lo tanto, esta técnica no es recomendable para medir objetos donde la superficie pueda ser deformada por la presión ejercida por el elemento sensor o donde las irregularidades a medir sean pequeñas comparadas con el tamaño del elemento sensor.
Desde 1980, la interferometría óptica se ha utilizado intensamente, valiéndose de las propiedades de la luz, como un método eficiente para realizar mediciones extremadamente exactas relativas a la calidad del pulido de la superficie de espejos y lentes, o bien, para determinar el grado de homogeneidad de materiales transparentes en su conjunto. Esta técnica es particularmente útil en el diseño y fabricación de elementos ópticos de alta calidad como los espejos de los telescopios, prismas de espectroscopios y lentes de objetivos de microscopios. Actualmente, muchos de los más modernos desarrollos tecnológicos tendrían un funcionamiento deficiente, o posiblemente no existirían, si sus superficies fueran rugosas o presentaran irregularidades en su forma y acabado.
La interferometría viene a ser una solución viable en procesos tan diversos como la detección de microfracturas en estructuras sólidas como contenedores de gas, la verificación de la planicidad de la superficie de los pistones de avión, en la fabricación de rodamientos, cojinetes mecánicos para embalaje de alta precisión, así como en procesos litográficos para la construcción de microcomponentes de computadoras. Un sistema interferométrico ofrece una excelente resolución, en condiciones ideales, mediante este método se pueden detectar irregularidades en superficies del orden de nanómetros, 10−9 m. Además, ésta es una técnica no destructiva y no intrusiva, lo que significa que no tiene contacto físico con el objeto bajo estudio, por lo que no modifica el valor de la medición ni las propiedades físicas del objeto.
La interferometría es una técnica cuyo principio de aplicación se basa en la superposición de dos haces de luz en un lugar determinado del espacio. El instrumento central de esta técnica se llama interferómetro y genera como resultado un interferograma, que consiste en un patrón luminoso formado por franjas oscuras y brillantes con la información codificada, comúnmente, del contorno o el perfil topográfico de los objetos bajo estudio. Generalmente su interpretación requiere de métodos de análisis matemáticos especializados.
Nuestro grupo de investigación, perteneciente al Departamento de Electrónica del CUCEI, bajo el cuerpo académico de instrumentación óptica electrónica y fotónica CA499, tiene como uno de sus ejes de generación de conocimiento principales, el desarrollo de instrumentos aplicando técnicas interferométricas, particularmente en elementos ópticos sin simetría de revolución, la caracterización de frentes de onda provenientes de fuentes de iluminación moduladas y fuera de eje, utilizando un Interferómetro de Desplazamiento Vectorial.
El detalle del funcionamiento de este interferómetro y otros proyectos de nuestro grupo los iremos presentando en ediciones futuras. Por ahora, hemos hecho un breve recorrido y de manera general, por el mundo de la interferometría. Te invitamos a conocer más sobre los diferentes campos de estudio y aplicación de la óptica, que se desarrollan en el CUCEI.