Cómo usar ImageJ para analizar un patrón de difracción

Perfil del patrón de difracción de una rendija.
Analisis realizado con ImageJ

El análisis cuantitativo de imágenes es ahora de lo más sencillo, este es un ejemplo que aplico en el laboratorio de óptica de la Facultad de Ciencias (UNAM).

Obtuvimos con una cámara convencional la  imagen de un patrón de difracción de una rendija iluminada con un láser de helio-neón, pero en una versión más casera se puede usar un apuntador láser.  La gráfica que ilustra este post fue obtenida facilmente por medio de ImageJ, en el siguiente video (mudo) se muestran los pasos básicos para hacer el analisis.



Originalmente la imagen tiene tres canales de color, separamos los canales para tener información más concreta respecto a la emisión roja de láser usado.

Esta es la imagen reducida, con la que pueden hacer sus intentos por obtener la misma gráfica.

Fotografía de un patrón de difraccón obtenido en el Lab.

Cuando en la fotografía del patrón de difracción se cuenta con una referencia de las distancias, se puede hacer una escala para saber cuantos pixeles corresponden a un cm; luego se puede medir las distancias de los ordenes m de difracción  Y_m. Además si se cuenta con la longitud lambda de onda del láser, y la distancia L de la fuente de luz a la pantalla donde se proyecta el patrón. Entonces se puede calcular la anchura del patrón de difracción mediante la relación:



Con este fórmula puedes medir el grosor de un cabello.

Anímate a ser curioso, anímate a hacer ciencia: ¡Felices experimentos!

Preguntas para pensar
La gráfica  muestra un poco de asimetria en la intensidad. ¿A que se debe esta asimetria?

5 comentarios:

  1. Muy interesante post, te felicito y agradezco por compartirlo con nosotros. El blog es excelente, muy completo y ameno de leer.
    Un gran saludo, Oz, desde:
    http://leyendas-de-oriente.blogspot.com/

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  2. Hola quisiera saber con que cámara tomaste esa foto, ya que estoy tratando de hacer lo mismo pero las imágenes me salen demasiados brillosas. Agradeceré la ayuda.

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    1. Leidy, use una cámara a la que se le puede controlar la exposición pues usualmente es demasiada la luz.

      Si no cuentas con una puedes interponer entre tu cámara y la pantalla dos polarizadores lineales buscar el ángulo entre sus ejes ópticos que te brinde mejor exposición.

      Cuéntanos cómo te fue con tu fotografía

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  3. Gerardo Fernández3:03 a.m.

    Vicente:

    El programa ImageJ me da dos curvas diferentes

    si tomo una rebanada rectangular horizontal del spot o si tomo una rebanada rectangular vertical

    y si giro 90 grados el spot, lo sigue haciendo, es decir he notado que no respeta la simetria circular, y por lo tanto la integracion altera el ancho de la cintura calculada, si giro 90 grados el patrón de la fotografía sólo me da en un eje un perfil parecido a una gaussiana.
    Ger

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    Respuestas
    1. Gerardo:

      A) Sobre la simetria, si haces un círculo en un programa de dibujo vectorial, como Corel. Puedes comprobar que el programa ImageJ respeta la simetría con un error de ± 1 pixel. Este proceso en ImageJ no altera la medición de pixeles.

      Posiblemente, hay que mejorar la alineación del sistema láser, pantalla, cámara.

      B) Sobre el haz gaussiano. Si tienes varios pixeles con valores de intensidad 150, tienes un problema de saturación que puede evitar que detectes perfiles gaussianos. Ahí lo mejor es cuidar la exposición de la cámara a la luz.

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