La Instrumentación Óptica es una compañera del ser humano desde hace varios milenios, esto si se toma como punto de partida de esta ancestral relación el anuncio de la ley de reflexión en el año 130 d.c. Existen muchas fechas importantes que marcan el empleo de espejos, lentes o la combinación de ellos; y muchas otras en las que se dio la explicación de algunos fenómenos de la Física, como son las leyes de reflexión y refracción (1621), la interferencia (Thomas Young, 1801), la difracción (Francesco María Grimaldi, 1665; Fresnel 1818), la polarización (Christian Huyghens, 1618), compendiándose muchos de estos acontecimientos con la teoría electromagnética desarrollada por James Clerk Maxwell (1865).
Monocromador Carl Zeiss, Jena
Como ejemplos de la instrumentación óptica que tenemos dentro de nuestra vida diaria podemos mencionar los anteojos, faros de luz de autos o iluminadores de las calles, calaveras de autos y bicicletas, diversas cámaras fotográficas, como las diminutas de los teléfonos celulares. Otros instrumentos son los que se usan en oftalmología, como también en muchos laboratorios clínicos se usan microscopios, espectrómetros o polarímetros, para determinar diferentes substancias al analizar la sangre; en operaciones quirúrgicas, microscopios especiales son empleados para realizar intervenciones de alto riesgo. En la industria se usa equipo para calibrar medidas lineales, bidimensionales o tridimensionales, teodolitos para medición de distancias y alturas, alineación de motores empleando autocolimadores o las llantas de los autos. En el mundo de la diversión están los proyectores de cinematografía y televisión, algunos empleando la proyección tridimensional, donde se usan principios del fenómeno de polarización. Históricamente los proyectores de transparencias primero usaban películas fotográficas para el registro de las imágenes a proyectar; después se emplearon los acetatos; actualmente en los proyectores optoelectrónicos modernos conectados a computadoras la información a proyectar se registra en pantallas de cristales líquidos o microespejos electrónicos.
Otros ejemplos de instrumentación óptica son las cámaras satelitales o las que se instalan en aviones para realizar levantamientos topográficos en el campo de la fotogrametría. El área de la litografía tradicional para proyectar grandes anuncios; desde hace 20 años esta área se transformó en aplicaciones a la circuitería electrónica para tener arreglos diminutos de componentes y empacarlas en pequeñas dimensiones, surgiendo así la micro y nanolitografía, donde las dimensiones de separación son milésimas de micras, donde una micra a su vez es una milésima de milímetro.
Instrumentación Óptica en el INAOE
En el caso del INAOE, una aplicación de equipos e instrumentos mencionados, es evidente en la Astrofísica, por los telescopios que se emplean. Sin embargo, se olvida toda la instrumentación que se usa para análisis de las observaciones que se llevan a cabo, como por ejemplo los espectrógrafos, o el empleo de multifibras, con diferentes características cada uno de ellos. Algunos de estos instrumentos astronómicos son de tipo comercial, pero otros son diseñados y construidos en el mismo instituto.
Espectrofotómetro
En la coordinación de Electrónica, por otra parte, junto con equipo de medición para determinar tipos de substancias utilizadas para dopar el silicio empleado en la construcción de detectores, se usan equipos ópticos especializados para reducir el tamaño de los circuitos, o fotorrepetidoras para empacar circuitos en áreas pequeñas.
En la Coordinación de Ciencias Computacionales se llegan a usar equipos como los escáneres de alta resolución para digitalizar información de imágenes, así como sistemas de visión en algunas aplicaciones de la robótica.
En lo que se refiere a la Coordinación de Óptica, se pueden mencionar el empleo de diversas fuentes de luz blanca, láseres, cuasimonocromáticas como diodos emitiendo en diferentes longitudes de onda, es decir colores. Para estudiar diferentes fenómenos con frecuencia es necesario emplear monocromadores, a cuya salida se conoce con precisión la longitud de onda de la luz emitida. Para la medición de la calidad de las superficies y sistemas completos que se construyen en el Taller Óptico se emplean interferómetros. Para la medición de longitudes diminutas u observar objetos pequeños se usan microscopios con diferentes características. Para registrar diferentes fenómenos bajo estudio en los laboratorios de investigación, se usan cámaras fotográficas que generalmente alimentan y se controlan con computadoras. En otros casos las pantallas de cristales líquidos son empleadas para producir hologramas experimentales o para modificar algunos elementos empleados en problemas de filtraje espacial. Es imposible no mencionar el empleo de fibras ópticas en una cantidad grande de experimentos para la transmisión de información, o producir algún nuevo tipo de láser; el uso de arreglos de microlentes llamados de Shack-Hartmann.
Donativo del Profesor Gullberg,
Universidad de Berkeley
Refractómetro de Pülfrich
Una historia con la que el INAOE cuenta es la donación del laboratorio del Profesor Gullberg, quien era investigador ilustre y connotado en la Universidad de California, con asiento en la población de Berkeley. Al morir el Profesor Gullberg, la Dra. Kaori Kato, quien era su colega de trabajo, fue designada su albacea; por instrucciones que recibió de su profesor, buscó una institución mexicana para donar sus equipos de trabajo que tenía en lo que se conocía como el laboratorio del Profesor Gullberg; quien trabajaba en el campo de la Biología, pero además era un experto en calibrar y determinar la calidad de equipos comerciales aplicados en la industria o que se usaban en laboratorios de investigación en todo el mundo. Con esta última característica mencionada, de las labores que llevaba a cabo el Profesor Gullberg, muchas compañías le enviaban sus equipos para que fueran revisados y calificados por él, pero que al mismo tiempo diera sus sugerencias para posibles mejoras en el funcionamiento de los equipos. El trato personal que el determinó con las compañías fue que el equipo que le llevarán se quedaba en su laboratorio. La diversidad de instrumentos que recibía eran de tipo óptico, pero también mecánico y eléctrico.
Cabe mencionar que entre algunos de los logros que como científico alcanzó el Profesor Gullberg, fue emplear la fotografía y cinematografía para registrar fenómenos biológicos usando microscopios para diferentes aplicaciones. Pero también era experto en combatir plagas de plantas con insectos.
Fue en el año de 1973 cuando el director del INAOE, el Dr. Guillermo Haro Barraza, aceptó el donativo ofrecido por la Dra. Kato, con la condición que todos los equipos tendrían que ser empacados y trasladados por personal del INAOE, lo mismo que todos los pagos que implicaran dichas labores. Después de una labor intensa de empacar, con todo tipo de precauciones y por dos meses, el equipo del laboratorio del Profesor Gullberg llegó a las instalaciones del INAOE; esta labor la llevaron a cabo Oswaldo Harris Muñoz, Ignacio Rizo Segura y Alejandro Cornejo Rodríguez. En la imagen se muestra un mosaico con algunos de los equipos ópticos que se han usado y otros que han sido restaurados, como son un refractómetro, un monocromador, un polarímetro y un espectrofotómetro. Una parte de esta colección será exhibida en diversos sitios durante 2015, Año Inter-nacional de la Luz.
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