Material de comparación de índices

En óptica, un material de coincidencia de índice es una sustancia, generalmente un líquido, cemento (adhesivo) o gel, que tiene un índice de refracción que se aproxima mucho al de otro objeto (como una lente, material, fibra óptica, etc.).

Cuando dos sustancias con el mismo índice están en contacto, la luz pasa de una a otra sin reflexión ni refracción. Como tales, se utilizan para diversos fines en la ciencia, la ingeniería y el arte.

Por ejemplo, en un popular experimento casero, una barra de vidrio se vuelve casi invisible sumergiéndola en un fluido transparente de índice igualado, como alcoholes minerales.

En microscopía

En microscopía óptica, la inmersión en aceite es una técnica utilizada para aumentar la resolución de un microscopio. Esto se logra sumergiendo tanto la lente del objetivo como la muestra en un aceite transparente de alto índice de refracción, aumentando así la apertura numérica de la lente del objetivo.

Los aceites de inmersión son aceites transparentes que tienen características ópticas y de viscosidad específicas necesarias para su uso en microscopía. Los aceites típicos utilizados tienen un índice de refracción de alrededor de 1,515. Un objetivo de inmersión en aceite es una lente de objetivo especialmente diseñada para usarse de esta manera. El índice del aceite se elige normalmente para que coincida con el índice del cristal de la lente del microscopio y del cubreobjetos.

Para obtener más detalles, consulte el artículo principal, inmersión en aceite. Algunos microscopios también usan otros materiales de comparación de índices además del aceite; ver objetivo de inmersión en agua y lente de inmersión sólida.

En fibra óptica

En fibra óptica y telecomunicaciones, se puede usar un material de coincidencia de índice junto con pares de conectores acoplados o con empalmes mecánicos para reducir la señal reflejada en el modo guiado (conocido como pérdida de retorno) (consulte Conector de fibra óptica). Sin el uso de un material de coincidencia de índice, se producirán reflejos de Fresnel en las caras finales lisas de una fibra, a menos que no haya una interfaz fibra-aire u otro desajuste significativo en el índice de refracción. Estos reflejos pueden ser tan altos como −14 dB (es decir, 14 dB por debajo de la potencia óptica de la señal incidente). Cuando la señal reflejada regresa al extremo de transmisión, puede volver a reflejarse y regresar al extremo de recepción a un nivel de 28 dB más el doble de la pérdida de fibra por debajo de la señal directa. La señal reflejada también se retrasará el doble del tiempo de retraso introducido por la fibra. La señal retardada doblemente reflejada superpuesta a la señal directa puede degradar notablemente una señal de video modulada en intensidad de banda base analógica. Por el contrario, para la transmisión digital, la señal reflejada a menudo no tendrá ningún efecto práctico sobre la señal detectada que se ve en el punto de decisión del receptor óptico digital, excepto en casos marginales en los que la proporción de bits erróneos es significativa. Sin embargo, ciertos transmisores digitales, como los que emplean un láser de retroalimentación distribuida, pueden verse afectados por la retrorreflexión y luego quedar fuera de las especificaciones, como la relación de supresión de modo lateral, lo que podría degradar la relación de error de bits del sistema, por lo que los estándares de red destinados a los láseres DFB pueden especificar una retroacción. Tolerancia de reflexión como −10 dB para transmisores, de modo que permanezcan dentro de las especificaciones incluso sin coincidencia de índice. Esta tolerancia a la retrorreflexión podría lograrse utilizando un aislador óptico o mediante una eficiencia de acoplamiento reducida.

Para algunas aplicaciones, en lugar de conectores pulidos estándar (p. ej., FC/PC), se pueden usar conectores pulidos en ángulo (p. ej., FC/APC), por lo que el ángulo de pulido no perpendicular reduce en gran medida la relación de la señal reflejada lanzada hacia el guiado. incluso en el caso de una interfaz fibra-aire.

En dinámica de fluidos experimental

La coincidencia de índices se usa en sistemas experimentales líquido-líquido y líquido-sólido (flujo multifásico) para minimizar las distorsiones que ocurren en estos sistemas, esto es particularmente importante para sistemas con muchas interfaces que se vuelven ópticamente inaccesibles. La coincidencia del índice de refracción minimiza la reflexión, la refracción, la difracción y las rotaciones que se producen en las interfaces, lo que permite el acceso a regiones que de otro modo serían inaccesibles para las mediciones ópticas. Esto es particularmente importante para mediciones ópticas avanzadas como la fluorescencia inducida por láser, la velocimetría de imagen de partículas y la velocimetría de seguimiento de partículas, por nombrar algunas.

En la conservación del arte

Si una escultura se rompe en varios pedazos, los conservadores de arte pueden volver a unir los pedazos usando un adhesivo como Paraloid B-72 o epoxi. Si la escultura está hecha de un material transparente o semitransparente (como el vidrio), la costura donde se unen las piezas generalmente se notará mucho menos si el índice de refracción del adhesivo coincide con el índice de refracción del objeto circundante. Por lo tanto, los conservadores de arte pueden medir el índice de los objetos y luego usar un adhesivo de índice coincidente. De manera similar, las pérdidas (secciones que faltan) en objetos transparentes o semitransparentes a menudo se rellenan con un material de índice coincidente.

En adhesivos para componentes ópticos

Algunos componentes ópticos, como un prisma de Wollaston o un prisma de Nicol, están hechos de varias piezas transparentes que se unen directamente entre sí. El adhesivo suele coincidir con el índice de las piezas. Históricamente, se usaba bálsamo de Canadá en esta aplicación, pero ahora es más común usar epoxi u otros adhesivos sintéticos.