Construcción de un Aparato de Fizeau (interferometro)

Contrucción y experimentación con láser, lentes y aparatos ópticos.
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emiliano
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Construcción de un Aparato de Fizeau (interferometro)

#1 Mensaje por emiliano »

El aparato de Fizeau es uno de los mas simples interferómetros, usados para el control de calidad de superficies ópticas de alta precisión.

Cuenta con una fuente de luz monocromática, un condensador (lente plano convexa) una superficie óptica de referencia (plano patrón) y la pieza a controlar.

Como se ve en el siguiente esquema, la fuente luminosa se ubica en el foco del condensador, este genera un frente de onda plano que atraviesa la pieza a controlar reflejándose en el plano patrón.

Imagen
(Auto copia y pega.)

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(Jean Texerau,El telescopio del Aficionado,pag. 123)


El plano patrón y la pieza a controlar se sitúan con sus superficies ópticas enfrentadas, separadas por una cuña de aire producida por tres calzas de papel delgado.

La interferencia muestra un patrón de franjas oscuras y luminosas ,las franjas de interferencia se forman cada vez que el espesor de la cuña de aire varía en lambda/2 por lo que cada franja representa lambda/2 y la forma del defecto es la correspondiente a un corte transversal de la pieza a controlar, o sea, la forma de las franjas muestran el perfil de la pieza ,esto es ,si la curvatura de las franjas es del orden de una franja el defecto corresponde a lambda/2.
(auto copia y pega.)

Imagen

Control interferencial de los espejos planos.

Sea Una lámina de aire de espesor e (figura 48A) comprendida entre dos superficies ópticas. Un rayo luminoso de incidencia I tal como el S, al llegar sobre la lámina de aire sufre una primera reflexión parcial en A en el pasaje del vidrio al aire, dando origen al rayo reflejado R; luego, una segunda reflexión en B en el pasaje del aire al vidrio, dando origen al rayo reflejado R’. Estos dos rayos R y R’ pueden interferir; por ser las reflexiones en A yB de naturaleza diferente, resulta una diferencia de fase de lambda/2, a la cual debe agregarse el camino suplementario: 2e cos i recorrido por el rayo R’. Para una diferencia de marcha de lambda/2 o un número impar de lambda/2, la interferencia es total; si la lámina de aire tiene un espesor variable, los puntos de espesor apropiado aparecerán oscuros y se verán franjas localizadas en la lámina de aire.(Jean Texerau,El telescopio del Aficionado,pag.120)

CONSTRUCCION.

Hace ya un buen tiempo adquirí este condensador fotográfico, de 230mm de diámetro, es una verdadera joya y no dejé pasar la oportunidad pensando en renovar mi aparato de Fizeau algún día.

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Está compuesto por dos preciosas lentes plano-convexas de 30cm de distancia focal.

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Como soporte para los elementos he construido este clásico montaje.

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Opté por una fuente láser, con un pedacito de cinta de pintor como difusor.

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Luego coloco el condensador, el patrón de referencia y una pieza a controlar para verificar el funcionamiento.

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Y hágase la luz !!

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Bueno, hay que pintar ...y retocar la pieza controlada :oops: jajajja
Saludos.

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alfre2
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Re: Construcción de un Aparato de Fizeau (interferometro)

#2 Mensaje por alfre2 »

Emiliano, muy didáctico e interesante.
Gracias.
La cantidad de chatarra que produce un pais es indice de su desarrollo industrial.
La calidad de la chatarra que produce un pais es indice de su desarrollo tecnologico
La cantidad que se recicla es indice de su cultura.
Yo

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fusion
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Re: Construcción de un Aparato de Fizeau (interferometro)

#3 Mensaje por fusion »

Algo así se podría usar para detectar COVIDs en superficies?

El tamaño es de 125nanometros

saludos

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emiliano
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Re: Construcción de un Aparato de Fizeau (interferometro)

#4 Mensaje por emiliano »

Gracias Alfredo.

Fusión, 125 nanometros, es bastante grande el bicho no?

de todos modos me parece que no es un sistema adecuado, a no ser que se les ocurra algo que no estoy viendo!
Saludos.

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emiliano
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Re: Construcción de un Aparato de Fizeau (interferometro)

#5 Mensaje por emiliano »

EL PLANO PATRÓN DE REFERENCIA

Toca hablar ahora de la pieza mas importante y difícil de conseguir del interferómetro. Si bien los demás elementos pueden encontrarse con relativa facilidad ,este no es el caso del plano patrón de referencia.
Esta pieza no solo es difícil de conseguir sino que de hacerlo es natural que su precio sea elevado y a veces prohibitivo para un aficionado, ya que se trata de una pieza que debe estar construida con un vidrio de baja expansión térmica y una precisión de λ/20.

Un método de gran interés para el aficionado, y sobre todo para el aficionado aislado, es el test de Rayleigh, desarrollado por el físico británico John William Strutt (lord Rayleigh) .

Este método se vale, como medio de referencia,de la superficie de un liquido. Que teniendo en cuenta el radio terrestre, y para una extensión de unos 20cm de diámetro la precisión sobre superficie es del orden de λ/50 con respecto a un plano teórico perfecto (según la literatura, no hice la cuenta).

En el caso que nos ocupa, el liquido utilizado será agua. Es necesario advertir, como es imaginable, la dificultad media-alta de la prueba ya que la superficie del agua se perturba con facilidad hasta con la respiración del operador.
Es necesario realizar el montaje sobre una superficie realmente firme, como una mesa o mesada de hormigón o cemento que sea parte del piso de cemento del local. O mejor aun si ésta es independiente del piso, ya que por mas firme que parezca el hormigón, el movimiento del operador perturbará la superficie de referencia con gran facilidad.

REALIZACIÓN

Debemos construir una plataforma con tres puntos de apoyo variables, mediante tornillos de paso muy fino. Hay que asentar las roscas para que no tengan saltos ni movimientos abruptos, mejor aún seria usar tornillos micrométricos.

Los tres topes de goma son para soportar el recipiente para el liquido.

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Es muy necesario que diseñemos la plataforma de modo tal que el interferómetro pueda colocarse encima del montaje sin tocarlo.
Esto debe ser así porque antes de la prueba habrá que hacer una maniobra de colimación para que la superficie del agua esté lo mas paralela posible a la pieza a controlar.

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Continuamos colocando el recipiente con agua en la plataforma.

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Colocaremos la pieza a controlar sumergida en el agua, aproximadamente un milímetro por debajo de la superficie .

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El próximo paso es lograr el paralelismo entre las dos superficies. Para esto debemos colimar el haz que devuelve cada superficie en un mismo eje.

Vamos a valernos de una fuente luminosa puntual ,colocada a cierta distancia sobre el conjunto.

Para esto voy a realizar una perforación con una aguja fina en un pedazo de papel aluminio, la forma de hacerlo es apoyándolo sobre una superficie dura, presionando fuertemente y rotando suavemente.

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Colocamos una lampara por detrás del orificio, yo usé el led del teléfono celular de esta manera.

Por efecto de la difracción el orificio aparenta ser bastante grande ,pero es realmente pequeño (100 a 150 micrones).

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Luego lo colocamos por encima del conjunto, a la máxima distancia que podamos. En este caso lo puse en el plafón del la lampara del techo, para luego apagar la luz, por supuesto.

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Una vez apagada la luz , colocamos el conjunto por debajo, en el lugar de definitivo de la prueba. De modo tal que en el angulo mas pequeño posible podamos ver el reflejo de la fuente luminosa.

Veremos principalmente dos reflejos de diferente intensidad, uno correspondiente a cada superficie de reflexión.

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Ahora debemos accionar los tornillos de colimacion para hacer coincidir las dos imágenes en el mismo eje,haciendo que las imágenes se superpongan. Cada vez que hacemos una corrección perturbamos la superficie liquida severamente y hay que esperar que se estabilice.

Imagen

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Una vez logrado este paso deslizamos el interferómetro por encima con mucho cuidado.

Imagen

Debemos utilizar una jeringa para aumentar o disminuir el espesor de la capa para encontrar el punto en que el contraste sea máximo sin tocar el montaje.

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Si no vemos el patrón de interferencia hay que accionar los tornillos de colimación muy poco hasta poder lograrlo , por supuesto que hay que esperar que se estabilice la superficie liquida luego de cada corrección con mucha paciencia. Y desplazarse cerca del montaje muy suavemente porque cualquier corriente de aire o pisada al caminar perturba el sistema con facilidad.

Luego de logrado esto, hay que accionar los tornillos para conseguir una separación de franjas de no menos de 1cm , para obtener la sensibilidad apropiada.

Imagen

Imagen

De esta manera podemos pulir y controlar nuestro propio plano patrón para nuestro taller de aficionado.
Saludos.

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Homer
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Re: Construcción de un Aparato de Fizeau (interferometro)

#6 Mensaje por Homer »

¡Bravo Emiliano!
¿No se podría utilizar algo más viscoso que el agua?
Curioso dato lo de la influencia de curvatura terrestre. Habría que notificárselo a los terraplanistas para que no se maten haciendo jilipolleces.

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emiliano
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Re: Construcción de un Aparato de Fizeau (interferometro)

#7 Mensaje por emiliano »

Aquí he podido capturar unas imágenes de la misma pieza de las fotos anteriores con el espaciado de franjas correcto.

Podemos ver que la superficie bajo prueba, que tiene una extensión de 15 cm tiene una convexidad aproximada de 1/3 de onda con el centro levemente hundido.

Imagen
Saludos.

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emiliano
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Re: Construcción de un Aparato de Fizeau (interferometro)

#8 Mensaje por emiliano »

Homer escribió: ¿No se podría utilizar algo más viscoso que el agua?
Curioso dato lo de la influencia de curvatura terrestre. Habría que notificárselo a los terraplanistas para que no se maten haciendo jilipolleces.
Estuve pensando en usar aceite ,pero una vez que se le agarra la mano al agua,no es tanto el problema de la estabilización ya que la capa de agua es bastante delgada y se estabiliza en unos 20 segundos luego de hacer una corrección ,eso si, los movimientos de enroscar y desenroscar deben ser mínimos, hay que poder hacer variaciones micromértricas del espesor de la cuña formada entre las dos superficie, y tratar de ni siquiera tirarse un pedo. :lol:

A lo segundo ,no hay remedio, si no pueden con explicaciones mas simples... :lol:
Saludos.

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Rovellat
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Re: Construcción de un Aparato de Fizeau (interferometro)

#9 Mensaje por Rovellat »

Quizás debería disminuir la tensión superficial del agua con una gotita de fai.ry.

Lo que no se es si solo quieres comprobar el patrón o ponerte a pulirlo hasta que esté bien.

Aporto una curiosidad relativamente relacionada:

https://www.ultimahora.es/noticias/soci ... agica.html
Cielo azul sobre campo de mieses, ánimo.
Constitución Española:
Todos los españoles tienen el deber de trabajar y el derecho al trabajo.
Todos los españoles tienen derecho a disfrutar de una vivienda digna y adecuada.

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emiliano
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Re: Construcción de un Aparato de Fizeau (interferometro)

#10 Mensaje por emiliano »

la idea era renovar el aparato de fizeau y construirle un plano patrón de 20cm de diámetro con un método 100X100% confiable, aprovechando un bloque de borosilicato que tengo guardado hace rato para esto.
Saludos.

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