Grandes distancias medidas con exactitud picométrica

Distancias "Grandes" Medidas Con Exactitud Picométrica


Un nuevo método basado en un láser permite medir distancias milimétricas con
mayor precisión que nunca antes; con una incertidumbre de 10 picómetros (10
millonésimas de millonésima de metro). Esto es parecido a medir la distancia
entre Nueva York y Los Ángeles con un margen de error de sólo 1 milímetro.

La técnica, desarrollada y demostrada en el Instituto Nacional de Estándares
y Tecnología de Estados Unidos (NIST), puede tener aplicaciones en la
nanotecnología, en la observación de superficies planetarias desde satélites
en órbita, y en tareas industriales como la fabricación de semiconductores.

La luz láser se suele usar para medir distancias contando el número de
longitudes de onda (la distancia entre las crestas sucesivas del patrón de
la onda) de luz entre dos puntos. Como la longitud de onda es muy corta (633
nanómetros para la luz roja, que es la usada más frecuentemente), el método
es de por sí muy preciso.

Los problemas modernos en la nanotecnología y en la fabricación de
dispositivos de gran precisión requieren, sin embargo, de incertidumbres por
debajo de esos 633 nanómetros.

Un método más preciso involucra la medición de la frecuencia de la luz del
láser en lugar de la longitud de onda. La luz del láser es almacenada entre
dos espejos altamente reflectantes, que crean el análogo óptico de un tubo
de órgano. La longitud de un tubo de órgano puede ser medida excitando el
tubo con ondas sonoras de una frecuencia conocida (el tono). El sonido
emitido por el tubo es de mayor volumen, cuando se excita con una de sus
frecuencias "naturales", comúnmente conocidas como armónicos. Cuando una o
más de estas frecuencias son identificadas, puede determinarse la longitud
del tubo. En el trabajo del NIST, la luz se transmite a través de ambos
espejos sólo cuando la frecuencia de la luz se iguala a una frecuencia
armónica. Esta frecuencia puede usarse entonces para determinar la distancia
entre los espejos.

Si bien este enfoque se ha usado previamente para medir distancias cortas
(del orden de 1 micrómetro), el nuevo trabajo multiplica por 25.000 el valor
anterior, al demostrarse su eficiencia en un rango de 25 milímetros (el
diseño debería ser eficaz hasta un rango de 50 mm). Además, el método
descrito en el informe del NIST excita dos armónicos del sistema óptico, en
lugar de uno, una redundancia que aumenta el rango a la vez que logra una
exactitud del orden del picómetro.