Notícias

Jan 15, 2024

Interferômetro ultrafino de luz branca em picoescala

Relatórios Científicos volume 12, Artigo número: 8656 (2022) Citar este artigo 1810 Acessos Detalhes das métricas A interferometria de luz branca é uma técnica bem estabelecida com precisão diversa

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 8656 (2022) Citar este artigo

1810 Acessos

Detalhes das métricas

A interferometria de luz branca é uma técnica bem estabelecida com diversas aplicações de precisão, no entanto, os interferômetros convencionais como Michelson, Mach-Zehnder ou Linnik são grandes em tamanho, exigem alinhamento tedioso para obter franjas de luz branca, requerem técnicas de isolamento de ruído para alcançar sub- estabilidade nanométrica e, mais importante, exibem dispersão desequilibrada causando incerteza na referência de atraso de zero absoluto. Aqui, demonstramos um interferômetro de luz branca ultrafino que permite a resolução do picômetro, explorando a divisão da frente de onda de um feixe de luz incoerente de banda larga após a transmissão através de um par de placas de vidro idênticas e finas com micrômetros. A sobreposição espacial entre as duas frentes de onda divididas difratadas produz prontamente franjas de luz branca estáveis ​​e de alto contraste, com referência inequívoca à posição de atraso de caminho zero absoluto. As franjas coloridas evoluem quando uma das placas ultrafinas é girada para sintonizar o interferômetro com resolução picométrica na faixa de dezenas de μm. Nossa análise teórica valida a formação de franjas e destaca a autocalibração do interferômetro para medições em picoescala. Demonstramos a medição do comprimento de coerência de várias fontes incoerentes de banda larga tão pequenas quanto alguns micrômetros com resolução em picoescala. Além disso, propomos uma configuração versátil de passagem dupla usando o interferômetro ultrafino, permitindo uma cavidade de amostra para aplicações adicionais na sondagem de propriedades dinâmicas da matéria.

Os interferômetros de luz branca são ferramentas essenciais para medição não invasiva e sem contato da topografia de superfície por meio de interferometria de varredura vertical, caracterização de filme fino, medição de dispersão de componentes ópticos e para caracterizar propriedades de coerência de fontes ópticas1,2,3,4,5, 6,7. Os interferômetros de luz branca são geralmente baseados na divisão de amplitude ou na divisão da frente de onda de um feixe de luz8. Para obter interferência de luz branca com tais interferômetros, a diferença de caminho óptico (OPD) entre seus dois braços deve ser compatível com o comprimento de coerência da fonte de banda larga, que normalmente é de alguns ciclos ópticos . Interferômetros baseados em divisão de amplitude, como configurações de Michelson, Mach-Zehnder, Mirau ou Linnik8,11, são sistemas multicomponentes onde se torna um desafio obter auto-referência repetível para a posição de atraso zero absoluto. Além disso, o interferômetro deve ser estabilizado contra vários ruídos acústicos, mecânicos ou outros, utilizando abordagens ativas ou passivas que tornam esses sistemas grandes em tamanho e com alinhamento tedioso. Embora a resolução em picoescala tenha sido demonstrada anteriormente com interferômetros a laser compactos digitalizados através de estágios de piezo-tradução , poucos trabalhos alcançaram resolução e estabilidade em picoescala com um interferômetro de luz branca. Além disso, para fazer medições quantitativas, é essencial equilibrar a dispersão do material num interferómetro de luz branca, juntamente com uma referência inequívoca a uma diferença de caminho zero absoluta, o que é difícil com designs convencionais. A posição do atraso do caminho zero é uma referência essencial de um interferômetro e geralmente é estimada usando análise no domínio do tempo, como o método de amplitude do envelope usando interferogramas de luz branca .

Anteriormente, interferômetros por divisão de frente de onda, como o clássico de fenda dupla de Young ou biprisma de Fresnel, eram usados ​​para obter franjas de luz branca estática, porém, sem muita sintonizabilidade8,16,17. Embora os interferômetros sintonizáveis ​​tenham sido projetados explorando a divisão da frente de onda por espelhos planos, esféricos ou toroidais ou placas de vidro ultrafinas, eles têm sido usados ​​principalmente com pulsos ultrarrápidos coerentes como linhas de atraso óptico para espectroscopia de sonda de bomba . Projetos baseados em espelho dividido não produzem diretamente interferogramas de luz branca com luz incoerente devido ao comprimento de coerência intrínseco em microescala das fontes de luz de banda larga, flutuações no comprimento do caminho do interferômetro e falta de ajuste em picoescala. Pode-se perguntar se é possível projetar um interferômetro de luz branca com divisão de frente de onda compacto e ajustável, oferecendo estabilidade e resolução em picoescala com referência inequívoca ao atraso absoluto do caminho zero.