Las cavidades ópticas, dos espejos dispuestos para reflejar la luz varias veces entre ellos, son la base de los láseres y de ciertos filtros ópticos. Como cualquier ángulo entre los dos espejos hace que la luz se disperse y se pierda, la alineación paralela es esencial y, a la vez, difícil de mantener. Aun así, [Timothy Giles] consiguió imprimir en 3D y alinear una cavidad óptica de este tipo, y la usó para detectar cambios diminutos de posición y de longitud de onda.
¿Cómo funciona el montaje?
La cavidad tiene dos espejos semitransparentes enfrentados. Uno está sujeto en un soporte impreso en 3D y el otro va adherido al diafragma de un parlante con un agujero perforado en el centro. Ese orificio evita la bobina del parlante y permite que la luz que sale de la cavidad a través del espejo semitransparente se proyecte sobre un blanco de papel, monitoreado por una webcam. En el otro extremo de la cavidad, un diodo láser acoplado a una fibra monomodo ilumina a través del segundo espejo.
La alineación es un desafío, pero la webcam la vuelve más manejable: a medida que los espejos se inclinan uno respecto del otro, el patrón que se ve en el blanco de papel cambia, entregando retroalimentación para un ajuste más preciso.
Midiendo el movimiento por interferencia
La luz reflejada dentro de la cavidad puede interferir de forma constructiva o destructiva con la luz entrante, alterando el brillo del haz emitido. Giles usó el parlante como actuador lineal para variar la longitud de la cavidad, lo que, al contar los picos de brillo, le permitió medir el desplazamiento del diafragma a escala nanométrica.
El experimento también dejó en evidencia la inestabilidad de longitud de onda de un diodo láser: con la cavidad fijada a una longitud constante, al encender el láser el brillo de salida oscilaba unas cuantas veces. Mientras el diodo se calentaba, su longitud de onda de salida se desplazaba, generando el mismo patrón de interferencia cambiante.
Detalles de construcción
Para obtener una distribución de haz gaussiana, Giles empleó un láser acoplado a fibra. Quien quiera construir uno puede revisar un mecanismo de acople que ya se ha documentado antes. La mayoría de los láseres se arma en torno a una cavidad óptica interna, aunque algunos usan en cambio una cavidad externa.
