Interferometri un to pielietojums. Interferometru piemēri Šķīdumu koncentrācijas noteikšana, izmantojot Rayleigh interferometru

Rayleigh interferometra shematiskā diagramma

Rayleigh interferometrs- vienvirziena divstaru interferometrs, kas atdala gaismu no avota divās plūsmās, kuru fāzu starpība veidojas, izlaižot gaismu cauri divām identiskām kivetēm, kas pildītas ar dažādām gāzēm. Pirmo reizi to ierosināja lords Reils 1886. gadā. Izmanto, lai noteiktu gāzu refrakcijas koeficientus.

ķēdes shēma

Gaisma no avota tiek izlaista caur objektīvu, kas rada paralēlu staru kūli un atveres, kas no tā izgriež divus starus (interferometra rokas). Katrs no stariem iet caur savu šūnu ar gāzi. Ķēdes izejā ir objektīvs, kas savieno abus starus, lai fokusā iegūtu traucējumus.

Mērījumiem vienā no svirām tiek ievadīts kompensators - piemēram, stikla plāksne, kuru griežot var mainīt stara ceļa optisko garumu rokā. Ja refrakcijas indekss vienā no rokām ir n, tad otrais nezināmais refrakcijas indekss ir

kur ℓ (\displaystyle \ell )- kivetes garums ar gāzi, λ 0 (\displaystyle \lambda _(0)) ir gaismas avota viļņa garums, ∆m (\displaystyle \Delta m)- traucējumu secība (interferences šķautņu skaits, kas krustojas noteiktā punktā). Ar tipiskiem iestatīšanas parametriem - šūnas garums ir viens metrs, viļņa garums 550 nm un traucējumu secība 1/40 - var izmērīt refrakcijas indeksa starpību 10–8. Interferometra jutību nosaka kivetes garums. Tā maksimālo garumu parasti nosaka temperatūras regulēšanas tehniskās iespējas, jo termiskā

Rayleigh pnterferometrs (interferences refraktometrs) - interferometrs refrakcijas indeksu mērīšanai, pamatojoties uz gaismas difrakcijas fenomenu uz divām paralēlām spraugām. Rayleigh interferometra diagramma ir parādīta (10. att.) vertikālās un horizontālās projekcijās.

Spilgti izgaismota maza platuma S sprauga kalpo kā gaismas avots, kas atrodas objektīva O 1 fokusa plaknē. Paralēls staru kūlis, kas izplūst no O 1, iziet cauri diafragmai D ar divām paralēlām spraugām un caurulēm R 1 un R 2, kurās ievada pētītās gāzes vai šķidrumus. Caurules ir vienāda garuma un aizņem tikai augšējo daļu no telpas starp O 1 un teleskopa objektīvu O 2 . Gaismas difrakcijas traucējumu rezultātā uz apertūras spraugām D objektīva O 2 fokusa plaknē spraugas S attēla vietā veidojas divas interferences maliņu sistēmas, kas shematiski parādītas 10. att. Augšējo joslu sistēmu veido stari, kas iet cauri caurulēm R 1 un R 2, bet apakšējo - stari, kas iet tām garām. Interferences malas tiek novērotas, izmantojot īsa fokusa cilindrisku O 3 okulāru. Atkarībā no R 1 un R 2 ievietoto vielu refrakcijas indeksu n 1 un n 2 atšķirības, augšējā joslu sistēma tiks nobīdīta vienā vai otrā virzienā. Izmērot šīs sajaukšanās lielumu, var aprēķināt n 1 - n 2 . Apakšējā sloksņu sistēma ir nekustīga, un no tās tiek skaitīti augšējās sistēmas pārvietojumi. Kad sprauga S ir izgaismota ar baltu gaismu, abu traucējumu modeļu centrālās bārkstis ir ahromatiskas, bet pa labi un pa kreisi no tām ir krāsainas. Tādējādi ir vieglāk atrast centrālās joslas. Augšējās sloksnes sistēmas kustības mērīšana tiek veikta, izmantojot kompensatoru, kas rada papildu fāzes starpību starp sijām, kas iet caur R 1 un R 2, līdz augšējā un apakšējā sloksnes sistēma sakrīt. Ar Rayleigh interferometru tiek sasniegta ļoti augsta mērījumu precizitāte līdz 7. un pat 8. zīmei aiz komata. Rayleigh interferometrs tiek izmantots, lai noteiktu nelielus piemaisījumus gaisā, ūdenī, analizētu aizdedzes un krāsns gāzes un citiem mērķiem.

Ultraskaņas interferometrs ir ierīce fāzes ātruma un absorbcijas koeficienta mērīšanai, kuras darbības princips ir balstīts uz akustisko viļņu traucējumiem. Tipisks ultraskaņas interferometrs (attēls...

Interferometri un to pielietojums

Jamin interferometrs (interferences refraktometrs) ir interferometrs gāzu un šķidrumu refrakcijas indeksu mērīšanai, kā arī piemaisījumu koncentrācijas noteikšanai gaisā. Jamin interferometrs (3. att....

Interferometri un to pielietojums

STAR INTERFEROMETER - interferometrs zvaigžņu leņķisko izmēru un leņķisko attālumu mērīšanai starp binārajām zvaigznēm. Ja leņķiskais attālums starp divām zvaigznēm ir ļoti mazs, tās caur teleskopu var redzēt kā vienu zvaigzni...

Interferometri un to pielietojums

INTENSITĀTES INTERFEROMETRS - ierīce, kurā mēra divos attālinātos punktos saņemtā starojuma intensitātes korelācijas koeficientu ...

Interferometri un to pielietojums

Michelson interferometrs ir viena no visizplatītākajām interferometra skeleta shēmām, kas paredzēta dažādiem lietojumiem gadījumos, kad objektu telpiskā izlīdzināšana, kas rada traucējošus viļņus ...

Interferometri un to pielietojums

Roždestvenska interferometrs ir divu staru interferometrs, kas sastāv no 2 spoguļiem M1, M2 un divām paralēlām caurspīdīgām plāksnēm P1, P2 (8. att.); M1, P1 un M2, P2 ir uzstādīti pa pāriem paralēli...

Interferometri un to pielietojums

FABRY-PEROT INTERFEROMETER ir daudzstaru traucējumu spektrālā ierīce ar divdimensiju dispersiju, kurai ir augsta izšķirtspēja. To izmanto kā ierīci ar starojuma telpisku sadalīšanos spektrā un foto...

kvantu optika

Aplūkojot Stefana-Bolcmaņa un Vīnes likumus, izriet, ka termodinamiskā pieeja universālās Kirhofa funkcijas r?,T atrašanas problēmas risināšanai nedeva vēlamos rezultātus...

Viedokļu attīstība par gaismas dabu. Gaismas traucējumu parādība

Protams, traucējumu principu var piemērot ne tikai baktēriju, bet arī zvaigžņu novērojumiem. Tas ir tik pašsaprotami...

zilo debesu teorija

Kādas hipotēzes netika izvirzītas dažādos laikos, lai izskaidrotu debesu krāsu. Vērojot, kā dūmi uz tumša kamīna fona iegūst zilganu krāsu, Leonardo da Vinči rakstīja: “... gaišums pāri tumsai kļūst zils, jo skaistāks...

Paralēls gaismas stars krīt uz plakani paralēlas stikla plāksnes M 1 , uz kuras aizmugurējās virsmas ir uzklāts metāla spogulis. Divi atstarotie stari izrādās telpiski atdalīti pie pietiekama plāksnes biezuma un tiek virzīti atsevišķi divās šūnās ar attiecīgi pētāmo gāzi un etalongāzi ( n 1 un n 2). Pārvadītie stari tiek atstaroti no vēl vienas tādas pašas stikla plāksnes M 2 . Tādējādi abi atstarotie stari izrādās vienādi pēc intensitātes un saplūst objektīva L fokusa plaknē. Rezultātā ekrānā E parādās horizontālu svītru interferences raksts. Šajā gadījumā, ja nav objektu ar refrakcijas rādītāji pa staru izplatīšanos n 1 un n 2, traucējumu modeļa nulles maksimums atrodas uz sistēmas ass. Mainot gaisa spiedienu, ekrāna svītras mainās.

Šai ierīcei ir bijusi ļoti nozīmīga loma zinātnes vēsturē. Ar tās palīdzību, piemēram, tika pierādīts "pasaules ētera" trūkums.

Paralēlais gaismas stars no avota S, kas iet cauri lēcai, nokrīt uz caurspīdīgas plāksnes P 1, kur tas ir sadalīts staros 1 un 2. Pēc atstarošanas no spoguļiem M 1 un M 2 un iziet cauri plāksnei P 1 atkal abi stari nonāk objektīvā O. Optiskā gājiena starpība DL= 2(AC - AB) = 2 l, kur l- attālums starp spoguli M 2 un spoguļa M 1 iedomāto attēlu M¢ 1 plāksnē P 1 . Tādējādi novērotais traucējumu modelis ir līdzvērtīgs traucējumiem gaisa plāksnē ar biezumu l. Ja spogulis M 1 atrodas tā, lai M¢ 1 un M 2 būtu paralēli, tad veidojas vienāda slīpuma joslas, kas lokalizētas objektīva O fokusa plaknē un kurām ir koncentrisku gredzenu forma. Ja M 2 un M¢ 1 veido gaisa ķīli, tad parādās vienāda biezuma sloksnes, kas lokalizētas ķīļa M 2 M¢ 1 plaknē un attēlo paralēlas līnijas.

Miķelsona interferometru plaši izmanto fiziskos mērījumos un tehniskajos instrumentos. Ar tās palīdzību pirmo reizi tika izmērīta gaismas viļņa garuma absolūtā vērtība un pierādīta gaismas ātruma neatkarība no Zemes kustības. Pārvietojot vienu no Miķelsona interferometra spoguļiem, kļūst iespējams analizēt krītošā starojuma spektrālo sastāvu. Uz šī principa ir uzbūvēti Furjē spektrometri, kurus izmanto spektra garo viļņu infrasarkanajam apgabalam (50-1000 μm) cietvielu fizikas, organiskās ķīmijas un polimēru ķīmijas un plazmas diagnostikas uzdevumu risināšanā.

Miķelsona interferometrs ļauj izmērīt garumus ar precizitāti 20-30 nm. Ierīci mūsdienās izmanto astronomiskajos, fizikālajos pētījumos, kā arī mērīšanas tehnoloģijās. Jo īpaši Michelson interferometrs ir mūsdienu lāzera gravitācijas antenu optiskā dizaina pamatā.

Austriešu fiziķis Ernsts Maks, lielākais aerodinamisko procesu pētnieks, izstrādāja īpašu interferometru ar platiem stariem un lielu attālumu starp spoguļiem, lai reģistrētu triecienviļņus un gaisa plūsmu triecienviļņus ap dažādiem ķermeņiem. Gaisa laušanas koeficients blīvā plūsmā ir augstāks nekā neskartā vidē. Tas atspoguļojas traucējumu līniju formā.

15. lekcija.

Huygens-Fresnel princips. Freneļa zonas metode. Vektoru diagramma. Difrakcija no apaļa cauruma un apaļa diska. Fraunhofera difrakcija no spraugas. Ierobežot pāreju no viļņu optikas uz ģeometrisko.

Difrakcija - tā ir novirze no gaismas taisnvirziena izplatīšanās, ja tā nevar būt gaismas staru atstarošanas, laušanas vai lieces sekas, ko izraisa laušanas koeficienta telpiskās izmaiņas. Šajā gadījumā novirze no ģeometriskās optikas likumiem ir mazāka, jo mazāks ir gaismas viļņa garums.

komentēt. Nav būtiskas atšķirības starp difrakciju un traucējumiem. Abas parādības pavada gaismas plūsmas pārdale viļņu superpozīcijas rezultātā.

Difrakcijas piemērs ir parādība, kad gaisma krīt uz necaurspīdīgu starpsienu ar caurumu. Šajā gadījumā uz ekrāna aiz nodalījuma ģeometriskās ēnas robežas apgabalā tiek novērots difrakcijas modelis.

Ir ierasts atšķirt divus difrakcijas veidus. Gadījumā, ja uz nodalījuma krītošo vilni var raksturot ar staru sistēmu paralēli viens otram (piemēram, kad gaismas avots atrodas pietiekami tālu), tad runā par Fraunhofera difrakcija jeb difrakcija paralēlos staros. Citos gadījumos viņi runā par Freneļa difrakcija jeb diverģentā difrakcija .

Aprakstot difrakcijas parādības, ir jāatrisina Maksvela vienādojumu sistēma ar atbilstošajiem robež- un sākuma nosacījumiem. Taču atrast šādu risinājumu vairumā gadījumu ir ļoti grūti. Tāpēc optikā bieži tiek izmantotas aptuvenās metodes, kuru pamatā ir Huygens princips Fresnela vai Kirchhoff vispārinātajā formulējumā.

Huygens princips.

Paziņojums par Huygens principu . Katrs vides punkts, uz kuru kādā brīdī t viļņu kustība ir sasniegusi, kalpo kā sekundāro viļņu avots. Šo viļņu apvalks norāda viļņu frontes stāvokli nākamajā slēgšanas brīdī t+dt. Sekundāro viļņu rādiusi ir vienādi ar gaismas fāzes ātruma un laika intervāla reizinājumu: .

Huygens-Fresnel princips.

Fresnels papildināja Huygens principu ar ideju par sekundāro viļņu traucējumiem. No sekundāro viļņu amplitūdām, ņemot vērā to fāzes, var atrast iegūtā viļņa amplitūdu jebkurā telpas punktā.

Katrs mazais viļņa virsmas elements ir sekundāra sfēriskā viļņa avots, kura amplitūda ir proporcionāla elementa vērtībai dS un kura vienādojumam gar staru ir šāda forma:

kur a 0 - koeficients, kas ir proporcionāls punktu svārstību amplitūdai uz viļņa virsmas dS, - koeficients atkarībā no leņķa q starp staru un vektoru un tāds, ka tad, kad tas iegūst maksimālo vērtību, un kad - minimālo (tuvu nullei).

Rezultātā radušās svārstības kādā novērošanas punktā R pēc tam tiek noteikts ar Huygens-Fresnel principa analītisko izteiksmi, ko atvasināja Kirhhofs:

Precīzs aprēķins pēc šīs formulas ir diezgan laikietilpīga procedūra, tāpēc praksē šī integrāļa atrašanai var izmantot aptuvenas metodes.

Lai atrastu svārstību amplitūdu novērošanas punktā P visa viļņa virsma S var sadalīt sekcijās vai Fresnel zonās. Pieņemsim, ka novērojam difrakciju diverģentos staros (Fresnel difrakcija), t.i. apsveriet sfērisku vilni, kas izplatās no kāda avota L. Ļaujiet vilnim izplatīties vakuumā.

Piefiksēsim viļņu virsmu kādā brīdī t. Ļaujiet šīs virsmas rādiusam būt a. Līnija LPšķērso šo virsmu punktā PAR. Pieņemsim, ka attālums starp punktiem PAR Un R vienāds b. no punkta R secīgi novietojiet malā sfēras, kuru rādiusi. Divas blakus esošās sfēras “nogriež” gredzena sekcijas uz viļņa virsmas, ko sauc par Fresnela zonām. (Kā jūs zināt, divas sfēras krustojas pa apli, kas atrodas plaknē, kas ir perpendikulāra tai taisnei, uz kuras atrodas šo sfēru centri). Atrodiet attālumu no punkta PAR līdz zonas robežai ar numuru m. Lai Fresnela zonas ārējās robežas rādiuss būtu r m . Jo viļņa virsmas rādiuss ir a, tad

Tajā pašā laikā, tajā pašā laikā,

Tāpēc, kur.

Redzamiem viļņu garumiem un ne īpaši lieliem skaitļiem m mēs varam neņemt vērā terminu salīdzinājumā ar m l. Tāpēc šajā gadījumā un rādiusa kvadrātam mēs iegūstam izteiksmi: , kurā pēdējo vārdu atkal var neņemt vērā. Tad rādiuss m Freneļa zona (atšķirīgai difrakcijai):

Sekas. Difrakcijai paralēlos staros (Fraunhofera difrakcija) Fresnela zonu rādiusu iegūst, pārejot uz robežu a®¥:

Tagad salīdzināsim Fresnela zonu apgabalus. Sfēriskas virsmas segmenta laukums, kas atrodas iekšpusē m-th zona, kā jūs zināt, ir vienāda ar: . Zonas numurs m starp zonu robežām ar cipariem m Un m- viens. Tātad tā platība ir:

Pēc transformācijām izteiksmei būs šāda forma: .

Ja neņemam vērā vērtību, tad no izteiksmes izriet, ka maziem skaitļiem zonu platība nav atkarīga no skaitļa m .

Sadalīsim pirmo zonu lielā skaitā N iekšējās zonas tāpat kā iepriekš, bet tagad attālumi no divu blakus esošo iekšējo zonu robežām līdz punktam R atšķirsies par nelielu daudzumu. Tāpēc fāzu starpība viļņiem, kas ierodas punktā R, būs mazs. Amplitūdas vektoru diagrammā katras iekšējās zonas amplitūdas vektors tiks pagriezts par nelielu leņķi d attiecībā pret iepriekšējo, tāpēc kopējās svārstību amplitūda no pirmajām vairākām iekšējām zonām atbildīs savienojošajam vektoram. lauztās līnijas sākums un beigas. Palielinoties iekšējās zonas skaitam, kopējā fāžu starpība palielināsies un pie pirmās zonas robežas kļūs vienāda ar p. Tas nozīmē, ka amplitūdas vektors no pēdējās iekšējās zonas ir vērsts pretī amplitūdas vektoram no pirmās iekšējās zonas. Bezgalīgi liela iekšējo zonu skaita robežās šī lauztā līnija pāries spirāles daļā.

No attēla redzams, ka amplitūdai no pirmās zonas var iegūt novērtējumu: , tātad intensitāte no pirmās zonas ir 4 reizes lielāka par krītošā viļņa intensitāti. Vienlīdzību var interpretēt arī citādi.

Ja bezgalīgam atvērto zonu skaitam kopējo amplitūdu raksta šādi: ,

kur m ir pāra skaitlis, tad no vienādības izriet šāds novērtējums: .

komentēt. Ja mēs kaut kādā veidā mainām svārstību fāzes punktā R no pāra vai nepāra zonām uz p, vai slēgt pāra vai nepāra zonas, tad kopējā amplitūda palielināsies salīdzinājumā ar atvērtā viļņa amplitūdu. Šim īpašumam ir zonas plāksne - plakana paralēla stikla plāksne ar iegravētiem koncentriskiem apļiem, kuru rādiusi sakrīt ar Fresnela zonu rādiusiem. Zonas plāksne "izslēdz" pāra vai nepāra Fresnel zonas, kas noved pie gaismas intensitātes palielināšanās novērošanas punktā.

Difrakcija apļveida caurumā.

Iepriekš sniegtais pamatojums ļauj secināt, ka svārstību amplitūda punktā R atkarīgs no Freneļa zonu skaita. Ja novērošanas punktam ir atvērts nepāra skaits Fresnel zonu, tad šajā punktā būs maksimālā intensitāte. Ja ir atvērts pāra skaits zonu, tad minimālā intensitāte.

Difrakcijas zīmējumam no apaļa cauruma ir mainīgi gaiši un tumši gredzeni.

Palielinoties cauruma rādiusam (un palielinoties Fresnel zonu skaitam), tumšo un gaišo gredzenu maiņa tiks novērota tikai netālu no ģeometriskās ēnas robežas, un iekšpusē apgaismojums praktiski nemainīsies.

Maza diska difrakcija.

Apskatīsim eksperimenta shēmu, kurā gaismas viļņa ceļā atrodas necaurspīdīgs apaļš disks, kura rādiuss ir samērīgs ar pirmo Fresnela zonu rādiusiem.

Lai ņemtu vērā difrakcijas modeli, papildus parastajām zonām mēs izveidojam papildu zonas no diska malas.

ņemot vērā, vērtējums būs vienāds. Līdz ar to novērošanas punktā, ģeometriskās ēnas centrā, vienmēr būs spilgts punkts - maksimālā intensitāte. Šo vietu sauc Poisson vieta.

Piemērs. Uz necaurspīdīga diska ar diametru D\u003d 0,5 cm, parasti krīt plakans monohromatisks vilnis, kura garums ir l \u003d 700 nm. Atrodiet cauruma diametru diska centrā, pie kura punktā ir gaismas intensitāte R ekrāns (uz sistēmas ass) būs vienāds ar nulli. Attālums starp disku un ekrānu L=2,68 m.

Risinājums. Atrodiet parasto Fresnel zonu skaitu, ko sedz disks. Zonas numurs tiek atrasts no Fresnela zonu rādiusa formulas Fraunhofera difrakcijai: , .

FEDERĀLĀ IZGLĪTĪBAS AĢENTŪRA

VALSTS PROFESIONĀLĀS AUGSTĀKĀS IZGLĪTĪBAS IESTĀDE

DONAS VALSTS TEHNISKĀ UNIVERSITĀTE

Fizikas katedra

Laboratorijas darbu vadlīnijas № 12

fizikā

(Sadaļa "Optika")

Rostova pie Donas 2011

Sastādījis: Tehnisko zinātņu doktors, prof. S.I. Jegorova,

Ph.D., asoc. I.N. Egorovs,

Fizikas un matemātikas zinātņu kandidāts, asoc. G.F. Lemeško.

"Šķīdumu koncentrācijas noteikšana, izmantojot Rayleigh interferometru": metode. instrukcijas. - Rostova n / a: DSTU izdevējdarbības centrs, 2011. - 8 lpp.

Publicēts ar Nanotehnoloģiju un kompozītmateriālu fakultātes Metodiskās komisijas lēmumu

Zinātniskā redaktore prof., d.t.s. V.S. Kunakovs

© DSTU izdevējdarbības centrs, 2011

Mērķis: 1. Izpētīt Rayleigh interferometra darbības principu.

2. Izpētīt traucējumu parādības, izmantojot Rayleigh interferometru.

3. Noteikt etilspirta koncentrāciju ūdenī.

Aprīkojums: Rayleigh interferometrs, kivetes ar testa šķīdumiem.

Īsa teorija

Traucējumi - tā ir koherentu viļņu superpozīcija, kurā notiek gaismas plūsmas telpiskā pārdale, kā rezultātā dažās vietās parādās maksimumi, bet citās - gaismas intensitātes minimumi.

saskaņots sauc par vienādas frekvences un nemainīgas fāzes starpības viļņiem. Lai iegūtu koherentus viļņus, ir nepieciešams sadalīt gaismas staru, kas izplūst no viena avota.

Interferences zīmējumu var iegūt, izmantojot ierīci ITR-1, kuras pamatā ir Reilija interferometra shēma, kurā traucējumu zīmējumu iegūst no diviem koherentiem gaismas stariem, kas iet cauri divām paralēlām spraugām (1. att.).

gaisma no avota 1 (kvēlspuldze) tiek montēts, izmantojot kondensatoru uz slota 2 kas atrodas kolimatora lēcas fokusa plaknē 3 . Paralēlu staru kūli, kas izplūst no objektīva, atdala divas apertūras spraugas 4 . Šīs spraugas var uzskatīt par diviem sekundāro gaismas viļņu avotiem, kas ir saskaņoti.

Caur objektīvu iziet saskaņoti gaismas stari 6 , turklāt siju augšējā daļa iet cauri kivetēm 5 (1. att.), un apakšējā ir tieši vērsta uz objektīvu. Rezultātā divi koherentu staru pāri iejaucas objektīva fokusa plaknē. Interferences modelis, kas veidots no diviem spraugām, ir tumšu un gaišu svītru sistēma. Tumšās (minimālais stāvoklis) vai gaišās (maksimālais stāvoklis) joslas pozīciju nosaka traucējošo staru optiskā ceļa atšķirība:

- maksimālais stāvoklis, (1)

- minimālais nosacījums, (2)

kur - optiskā ceļa starpība, kas ir vienāda ar optiskā ceļa garumu starpību, t.i.
, (3)

šeit
- refrakcijas rādītāji,
- gaismas cauri ceļi, - gaismas viļņa garums
- maksimālā vai minimuma secība.

Novērošana tiek veikta caur okulāru 7 (1. att.).

Interferences modelis ir parādīts 2. attēlā. Stari, kas iet garām kivetēm, veido apakšējo interferences modeli, un stari, kas iet cauri kivetēm, veido augšējo. Papildu atšķirība staru ceļā kivetēs izraisa augšējās sistēmas nobīdi attiecībā pret apakšējo. Ja šūnas ir piepildītas ar gāzēm vai šķidrumiem ar dažādiem refrakcijas rādītājiem, tad parādīsies papildu ceļa atšķirība, ko nosaka formula (3).

Ar kompensējošās ierīces palīdzību var kombinēt sloksnes sistēmas (3. att.).

Šajā darbā vienāda garuma kivetes ( ). Viens no tiem satur destilētu ūdeni, bet otrs satur etilspirta šķīdumu ūdenī. Tāpēc papildu atšķirība staru ceļā:

, (4)

kur - kivetes garums,
ir attiecīgi šķīduma un destilēta ūdens refrakcijas rādītāji.

Rayleigh interferometrs

Rayleigh pnterferometrs (interferences refraktometrs) - interferometrs refrakcijas indeksu mērīšanai, pamatojoties uz gaismas difrakcijas fenomenu uz divām paralēlām spraugām. Rayleigh interferometra diagramma ir parādīta (10. att.) vertikālās un horizontālās projekcijās.

Spilgti izgaismota maza platuma S sprauga kalpo kā gaismas avots, kas atrodas objektīva O 1 fokusa plaknē. Paralēls staru kūlis, kas izplūst no O 1, iziet cauri diafragmai D ar divām paralēlām spraugām un caurulēm R 1 un R 2, kurās ievada pētītās gāzes vai šķidrumus. Caurules ir vienāda garuma un aizņem tikai augšējo daļu no telpas starp O 1 un teleskopa objektīvu O 2 . Gaismas difrakcijas traucējumu rezultātā uz apertūras spraugām D objektīva O 2 fokusa plaknē spraugas S attēla vietā veidojas divas interferences maliņu sistēmas, kas shematiski parādītas 10. att. Augšējo joslu sistēmu veido stari, kas iet cauri caurulēm R 1 un R 2, bet apakšējo - stari, kas iet tām garām. Interferences malas tiek novērotas, izmantojot īsa fokusa cilindrisku O 3 okulāru. Atkarībā no R 1 un R 2 ievietoto vielu refrakcijas indeksu n 1 un n 2 atšķirības, augšējā joslu sistēma tiks nobīdīta vienā vai otrā virzienā. Izmērot šīs sajaukšanās lielumu, var aprēķināt n 1 - n 2 . Apakšējā sloksņu sistēma ir nekustīga, un no tās tiek skaitīti augšējās sistēmas pārvietojumi. Kad sprauga S ir izgaismota ar baltu gaismu, abu traucējumu modeļu centrālās bārkstis ir ahromatiskas, bet pa labi un pa kreisi no tām ir krāsainas. Tādējādi ir vieglāk atrast centrālās joslas. Augšējās sloksnes sistēmas kustības mērīšana tiek veikta, izmantojot kompensatoru, kas rada papildu fāzes starpību starp sijām, kas iet caur R 1 un R 2, līdz augšējā un apakšējā sloksnes sistēma sakrīt. Ar Rayleigh interferometru tiek sasniegta ļoti augsta mērījumu precizitāte līdz 7. un pat 8. zīmei aiz komata. Rayleigh interferometrs tiek izmantots, lai noteiktu nelielus piemaisījumus gaisā, ūdenī, analizētu aizdedzes un krāsns gāzes un citiem mērķiem.

Fabry-Perot interferometrs

FABRY-PEROT INTERFEROMETER ir daudzstaru traucējumu spektrālā ierīce ar divdimensiju dispersiju, kurai ir augsta izšķirtspēja. To izmanto kā ierīci ar starojuma telpisku sadalīšanu spektrā un fotogr. reģistrāciju un kā skenēšanas ierīci ar fotoelektrisko reģistrāciju. Fabry-Perot interferometrs ir plaknei paralēls slānis no optiski viendabīga caurspīdīga materiāla, ko ierobežo atstarojošas plaknes. Visplašāk izmantotais gaisa Fabri-Perot interferometrs sastāv no divām stikla vai kvarca plāksnēm, kas atrodas noteiktā attālumā d viena no otras (11. att.). Plaknēs, kas ir vērstas viena pret otru, tiek uzklāti ļoti atstarojoši pārklājumi (izgatavoti ar precizitāti līdz 0,01 viļņa garumam). Fabry-Perot interferometrs atrodas starp kolimatoriem; ieejas kolimatora fokusa plaknē ir uzstādīta apgaismota diafragma, kas kalpo kā gaismas avots Fabri-Perot interferometram. Plaknes vilnis, kas krīt uz Fabri-Perot interferometra vairāku spoguļu atstarošanas rezultātā un daļēja izeja pēc katra atstarošanas tiek sadalīta lielā skaitā plaknes koherentu viļņu, kas atšķiras pēc amplitūdas un fāzes. Koherento gribu amplitūda samazinās saskaņā ar ģeometriskās progresijas likumu, un starpība starp katru blakus esošo koherento gribu pāri, kas iet noteiktā virzienā, ir nemainīga un vienāda ar

kur n ir gaismas laušanas koeficients starp spoguļiem (gaisam n=1), u ir leņķis starp staru kūli un normālu pret spoguļiem. Izejot cauri izejas kolimatora lēcai, koherentie viļņi traucē tā fokusa plakni F un veido telpisku interferences modeli vienāda slīpuma gredzenu veidā (12. att.). Intensitātes (apgaismojuma) sadalījumu traucējumu modelī apraksta izteiksme

I \u003d f k BTu / f 2 2,

kur B ir avota spilgtums, f k ir kolimatoru lēcu caurlaidība. y ir aksiālā paralēlā stara šķērsgriezuma laukums, f 2 ir izejas kolimatora objektīva fokusa attālums, T ir Fabry-Perot interferometra pārraides funkcija.

T= T max (1+z 2 sin 2 k?) -1

Kur T max \u003d, k \u003d 2r / l

h \u003d 2 / (1- s), f, c un a ir attiecīgi spoguļu caurlaidības, atstarošanas un absorbcijas koeficienti, un f + c + a \u003d 1.

Transmisijas funkcijai T un līdz ar to arī intensitātes sadalījumam ir oscilējošs raksturs ar asiem intensitātes maksimumiem (13. att.), kuru atrašanās vieta tiek noteikta no nosacījuma.

kur m (vesels skaitlis) ir spektra secība, l ir viļņa garums. Pa vidu starp blakus esošajiem maksimumiem funkcijai T ir minimumi

Tā kā interferences maksimumu novietojums ir atkarīgs no otrās stikla plāksnes staru izejas leņķa un ar to vienāds ar leņķi h, tad interferences zīmējumam ir koncentrisku gredzenu forma (12. att.), ko nosaka no stāvoklis, kas lokalizēts ievades diagrammas ģeometriskā attēla apgabalā (11. att.) .

Šo gredzenu rādiuss ir vienāds, no kā izriet, ka pie m = const pastāv nepārprotama atkarība starp r t un l, un tāpēc Fabri-Pero interferometrs rada starojuma telpisku izplešanos spektrā. Lineārais attālums starp blakus esošo gredzenu maksimumiem un šo gredzenu platumu (13. att.) samazinās, palielinoties rādiusam, t.i., palielinoties r t, interferences gredzeni kļūst šaurāki un biezāki. Gredzenu platums ir atkarīgs arī no atstarošanas koeficienta c un samazinās, palielinoties c.

Īstā Fabry-Perot interferometra spožums ir vairākus simtus reižu lielāks nekā difrakcijas spektrometra spožums ar vienādu izšķirtspēju, kas ir tā priekšrocība. Tā kā Fabry-Perot interferometram ar augstu izšķirtspēju ir ļoti mazs dispersijas apgabals, strādājot ar to, ir nepieciešama iepriekšēja monohromatizācija, lai pētāmā spektra platums būtu mazāks par l. Šim nolūkam bieži tiek izmantotas krusteniskās dispersijas ierīces, Fabri-Pero interferometru kombinējot ar prizmu vai difrakcijas spektrogrāfu tā, lai Fabri-Pero interferometra un spektrogrāfa dispersijas virzieni būtu savstarpēji perpendikulāri. Dažreiz, lai palielinātu dispersijas apgabalu, tiek izmantota divu Fabri-Perot interferometru sistēma, kas novietoti viens aiz otra ar dažādiem attālumiem d, lai to attiecība d 1 /d 2 būtu vienāda ar veselu skaitli. Tad izkliedes reģionu l nosaka ar "plānāku" Fabri-Perot interferometru, un izšķirtspēju nosaka ar "biezāku". Kad ir uzstādīti divi vienādi Fabry-Perot interferometri, palielinās izšķirtspēja un palielinās traucējumu modeļa kontrasts.

Fabry-Perot interferometrus plaši izmanto spektra ultravioletajā, redzamajā un infrasarkanajā zonā, lai pētītu spektra līniju smalko un hipersīko struktūru, pētītu lāzera starojuma režīmu struktūru utt. Fabri-Perot interferometru izmanto arī kā rezonators lāzeros.