Interferometría de Michelson: ¿es necesaria una placa compensadora?

Estoy estudiando el interferómetro de Michelson que se muestra en la figura 2 (un diseño similar que se muestra a continuación) del tutorial de AMRITA vlabs . Allí se afirma que

Dado que la superficie reflectante del divisor de haz BS es la superficie de la parte inferior derecha, el rayo de luz que parte de la fuente S y se refleja en el espejo M2 pasa a través del divisor de haz tres veces, mientras que el rayo reflejado en M1 viaja solo a través de BS una vez. La longitud del camino óptico a través de la placa de vidrio depende de su índice de refracción, lo que provoca una diferencia de camino óptico entre los dos haces. Para compensar esto, se introduce entre M1 y BS una placa de vidrio CP del mismo espesor e índice de refracción que la de BS.

Michelson similar de Wikimedia Commons

¿Se puede satisfacer la misma condición de que las longitudes de los caminos ópticos sean iguales quitando la placa compensadora y girando el divisor de haz para que ambos caminos del haz atraviesen el vidrio solo una vez?


Editar: ahora me doy cuenta de que conté mal, mal. Con el lado reflectante del divisor de haz mirando hacia la fuente, el número de viajes a través del vidrio sigue siendo 3 para un haz y 1 para el otro, por lo que sigue siendo necesaria una placa compensadora para agregar dos viajes a través del vidrio.

Como ha observado, si voltea el BS, solo necesita mover la placa compensadora al otro brazo del Michelson. Curiosamente, la placa compensadora se usa en lugar de simplemente mover el espejo del extremo porque compensa tanto el cambio de longitud de la trayectoria como el cambio en el tamaño del haz.
Y lo hace por igual para todas las longitudes de onda de la luz, siempre que el vidrio del divisor de haz sea exactamente el mismo que el vidrio de la placa de compensación y, por lo tanto, tenga la misma dispersión...

Respuestas (1)

Como ha observado en su edición, si cambia la orientación del divisor de haz de modo que la parte gruesa ahora esté en la parte posterior, aún necesita usar la placa compensadora en el otro brazo.

Quizás se pregunte por qué se usa una placa compensadora. En un interferómetro que utiliza luz monocromática (es decir, un láser), puede simplemente cambiar la posición de uno de los espejos de los extremos para compensar la longitud adicional del camino óptico recogido en la parte gruesa del divisor de haz. Sin embargo, los rayos láser reales tienen una extensión espacial finita que cambia a medida que se propagan debido a la difracción. Cuando este haz atraviesa un material con un índice de refracción no unitario, el modo cambia más lentamente. Este efecto es opuesto al cambio de fase mientras se propaga a través del medio. ES DECIR

d O PAG L = norte   d pero d B S = d norte
dónde d es el espesor de la placa de vidrio, d O PAG L es la distancia equivalente en vacío para el cambio de fase, y d B S es la distancia equivalente en vacío para el cambio de tamaño del haz. La mayoría de los interferómetros prácticos utilizan haces bien colimados cuyo tamaño no cambia mucho con respecto al tamaño del interferómetro, por lo que este efecto a menudo no es importante.

Si está utilizando una fuente de banda ancha en su interferómetro, como una bombilla o una lámpara de descarga, entonces hay otra ventaja de usar la placa de vidrio. Como se señaló en el comentario de @ User58220, la dispersión en el material significa que las diferentes frecuencias en su fuente verán cada una una longitud ligeramente diferente en el sustrato del divisor de haz. Usar el mismo material en el otro brazo le permite agregar exactamente la misma cantidad de distancia óptica para todas las diferentes longitudes de onda en su fuente.