Notizia

Jan 15, 2024

Interferometro a luce bianca ultrasottile su picoscala

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 8656 (2022) Cita questo articolo 1810 Accessi Dettagli metriche L'interferometria a luce bianca è una tecnica ben consolidata con diversa precisione

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 8656 (2022) Citare questo articolo

1810 Accessi

Dettagli sulle metriche

L'interferometria a luce bianca è una tecnica ben consolidata con diverse applicazioni di precisione, tuttavia, gli interferometri convenzionali come Michelson, Mach-Zehnder o Linnik sono di grandi dimensioni, richiedono un noioso allineamento per ottenere frange di luce bianca, richiedono tecniche di isolamento del rumore per ottenere sub- stabilità nanometrica e, soprattutto, mostrano una dispersione sbilanciata che causa incertezza nel riferimento del ritardo zero assoluto. Qui, dimostriamo un interferometro a luce bianca ultrasottile che consente la risoluzione del picometro sfruttando la divisione del fronte d'onda di un raggio di luce incoerente a banda larga dopo la trasmissione attraverso una coppia di lastre di vetro identiche sottili micrometriche. La sovrapposizione spaziale tra i due fronti d'onda diffratti divisi produce facilmente frange di luce bianca stabili e ad alto contrasto, con riferimento inequivocabile alla posizione di ritardo del percorso pari a zero assoluto. Le frange colorate si evolvono quando una delle piastre ultrasottili viene ruotata per sintonizzare l'interferometro con una risoluzione picometrica nell'intervallo delle decine di μm. La nostra analisi teorica convalida la formazione di frange ed evidenzia l'autocalibrazione dell'interferometro per misurazioni su scala pico. Dimostriamo la misurazione della lunghezza di coerenza di diverse sorgenti incoerenti a banda larga piccole fino a pochi micrometri con risoluzione su scala pico. Inoltre, proponiamo una versatile configurazione a doppio passaggio utilizzando l'interferometro ultrasottile che consente una cavità campione per ulteriori applicazioni nel sondaggio delle proprietà dinamiche della materia.

Gli interferometri a luce bianca sono strumenti chiave per la misurazione non invasiva e senza contatto della topografia superficiale tramite interferometria a scansione verticale, caratterizzazione di film sottili, misurazione della dispersione di componenti ottici e per caratterizzare le proprietà di coerenza delle sorgenti ottiche1,2,3,4,5, 6,7. Gli interferometri a luce bianca si basano generalmente sulla divisione dell'ampiezza o sulla divisione del fronte d'onda di un raggio luminoso8. Per ottenere l'interferenza della luce bianca con tali interferometri, la differenza del percorso ottico (OPD) tra i suoi due bracci deve essere ben compresa nella lunghezza di coerenza della sorgente a banda larga, che in genere è di pochi cicli ottici9,10. Gli interferometri basati sulla divisione di ampiezza come le configurazioni Michelson, Mach-Zehnder, Mirau o Linnik8,11 sono sistemi multicomponente in cui diventa difficile ottenere un riferimento automatico ripetibile alla posizione di ritardo zero assoluto. Inoltre, l'interferometro deve essere stabilizzato contro vari rumori acustici, meccanici o di altro tipo utilizzando approcci attivi o passivi che rendono questi sistemi di grandi dimensioni con un allineamento noioso. Sebbene la risoluzione su scala pico sia stata dimostrata in precedenza con interferometri laser compatti scansionati tramite stadi di traslazione piezoelettrica12,13,14, pochi lavori hanno raggiunto la risoluzione e stabilità su scala pico con un interferometro a luce bianca. Inoltre, per effettuare misurazioni quantitative, è essenziale bilanciare la dispersione del materiale in un interferometro a luce bianca insieme a un riferimento inequivocabile a una differenza di percorso pari a zero assoluto, cosa difficile con i progetti convenzionali. La posizione di ritardo del percorso zero è un riferimento essenziale di un interferometro e viene solitamente stimata utilizzando l'analisi nel dominio del tempo come il metodo dell'ampiezza dell'inviluppo utilizzando interferogrammi a luce bianca15.

In precedenza, per ottenere frange di luce bianca statiche, tuttavia, senza molta regolabilità, venivano utilizzati interferometri a divisione del fronte d'onda come il classico doppia fenditura di Young o il bi-prisma di Fresnel. Sebbene siano stati progettati interferometri sintonizzabili sfruttando la divisione del fronte d'onda per piano, specchi divisi sferici o toroidali o lastre di vetro ultrasottili, questi sono stati utilizzati principalmente con impulsi ultraveloci coerenti come linee di ritardo ottiche per la spettroscopia con sonda a pompa18. I progetti basati su specchio diviso non producono direttamente interferogrammi a luce bianca con luce incoerente a causa della lunghezza di coerenza intrinseca su microscala delle sorgenti luminose a banda larga, delle fluttuazioni della lunghezza del percorso dell'interferometro e della mancanza di sintonizzabilità su scala pico. Ci si potrebbe chiedere se sia possibile progettare un interferometro a luce bianca con divisione del fronte d'onda compatto e sintonizzabile che offra stabilità e risoluzione su scala picologica con riferimento inequivocabile al ritardo assoluto del percorso zero.