Interferometría holográfica digital para la caracterización de líquidos

Abstract

En este manuscrito de tesis, se presenta el trabajo de investigación desarrollado en la implementación de una nueva propuesta aplicada en líquidos de un sistema óptico basado en la Interferometría Holográfica Digital (IHD) para medir los valores del Índice de Refracción (IR) en una o más muestras. Se muestra el desarrollo matemático que sustenta la propuesta, así como el trabajo experimental y los resultados obtenidos en esta investigación. Además se presenta el trabajo que asocia los valores del IR con las propiedades físicas de concentración y temperatura en un líquido. En el sistema óptico implementado, se presenta una nueva propuesta, que consiste en el agregado de una apertura rectangular para el estudio de líquidos. La apertura agregada permite modular las altas frecuencias y mejora la separación para el filtrado de las bajas frecuencias que son asociadas al ruido existente en el frente de onda registrado. Con la obtención y procesamiento de las altas frecuencias se logra mejorar la sensibilidad y exactitud en los resultados de la diferencia de fase de los frentes de ondas dispersados por el objeto de fase. Otras de las ventajas de la nueva propuesta, es que no se requiere del conocimiento de las dimensiones del contenedor, y su robustez del sistema lo hace funcional con contenedores que tengan una morfología irregular. Las investigaciones que se desarrollaron fueron para el estudio de las propiedades físicas de un líquido en condiciones estáticas y dinámicas. Se presentan dos investigaciones del cálculo del IR de un líquido en condiciones estáticas. En la primera de ellas se determina una diferencia de fase que nos ayudará a eliminar la dependencia de las dimensiones del contenedor a utilizar. En la segunda investigación, se desarrolla una aproximación de la diferencia de fase para el cálculo del IR de la sustancia puesta bajo estudio. En ambas investigaciones se obtuvieron resultados más precisos que los obtenidos por sistemas ópticos similares al cálculo del IR que utilizan la IHD. Con la necesidad de demostrar la capacidad de la primera investigación, se procedió a desarrollar una tercera investigación que fuera capaz de medir diferencias de concentración asociadas al IR de muestras líquidas. Como última y cuarta investigación se desarrolla el estudio de la evolución de la temperatura en el proceso de enfriamiento de agua destilada. Con esta investigación se demuestra el óptimo funcionamiento del sistema propuesto para el estudio prácticamente en tiempo real del IR en condiciones dinámicas de una sustancia líquida.