Interferometre și aplicarea lor. Exemple de interferometre Interferometru Rayleigh

Un fascicul de lumină paralel cade pe o placă de sticlă M 1 plan-paralelă, pe suprafața posterioară a căreia este depusă o oglindă metalică. Două fascicule reflectate se dovedesc a fi separate spațial la o grosime suficientă a plăcii și sunt direcționate separat în două celule cu gazul studiat și respectiv gazul de referință ( n 1 și n 2). Fasciculele transmise sunt reflectate de încă una din aceeași placă de sticlă M2. Astfel, ambele fascicule reflectate se dovedesc a fi egale ca intensitate și converg în planul focal al lentilei L. Ca urmare, pe ecranul E apare un model de interferență de dungi orizontale. În acest caz, în absența obiectelor cu indici de refracție de-a lungul propagării fasciculelor n 1 și n 2, maximul zero al modelului de interferență se află pe axa sistemului. Când presiunea aerului este variată, dungile de pe ecran se schimbă.

Acest dispozitiv a jucat un rol foarte important în istoria științei. Cu ajutorul lui, de exemplu, s-a dovedit absența unui „eter mondial”.

Un fascicul paralel de lumină de la sursa S, care trece prin lentilă, cade pe o placă translucidă P 1, unde este împărțit în fasciculele 1 și 2. După reflectarea din oglinzile M 1 și M 2 și trecerea prin placa P 1 din nou, ambele fascicule intră în lentila O. Diferența de călătorie optică DL= 2(AC - AB) = 2 l, Unde l- distanţa dintre oglinda M 2 şi imaginea imaginară M¢ 1 a oglinzii M 1 din placa P 1 . Astfel, modelul de interferență observat este echivalent cu interferența într-o placă de aer cu o grosime l. Dacă oglinda M 1 este amplasată astfel încât M¢ 1 şi M 2 să fie paralele, atunci se formează benzi de pantă egală, localizate în planul focal al lentilei O şi având forma unor inele concentrice. Dacă M 2 și M¢ 1 formează o pană de aer, atunci apar benzi de grosime egală, localizate în planul panei M 2 M¢ 1 și reprezentând linii paralele.

Interferometrul Michelson este utilizat pe scară largă în măsurători fizice și instrumente tehnice. Cu ajutorul ei, a fost măsurată pentru prima dată valoarea absolută a lungimii de undă a luminii și s-a dovedit independența vitezei luminii față de mișcarea Pământului. Prin deplasarea uneia dintre oglinzile interferometrului Michelson, devine posibilă analiza compoziției spectrale a radiației incidente. Spectrometrele Fourier sunt construite pe acest principiu, care sunt utilizate pentru regiunea infraroșu cu undă lungă a spectrului (50-1000 μm) în rezolvarea problemelor de fizică a stării solide, chimie organică și chimia polimerilor și diagnosticarea cu plasmă.

Interferometrul Michelson face posibilă măsurarea lungimii cu o precizie de 20-30 nm. Dispozitivul este folosit astăzi în cercetarea astronomică, fizică, precum și în tehnologia de măsurare. În special, interferometrul Michelson stă la baza designului optic al antenelor gravitaționale laser moderne.

Fizicianul austriac Ernst Mach, un important cercetător al proceselor aerodinamice, a proiectat un interferometru special cu fascicule largi și o distanță mare între oglinzi pentru a înregistra undele de șoc și undele de șoc ale fluxurilor de aer în jurul diferitelor corpuri. Indicele de refracție al aerului într-un flux dens este mai mare decât într-un mediu neperturbat. Acest lucru se reflectă în forma liniilor de interferență.

Cursul 15.

Principiul Huygens-Fresnel. Metoda zonei Fresnel. Diagrama vectorială. Difracția dintr-o gaură rotundă și un disc rotund. Difracția Fraunhofer dintr-o fantă. Limitați tranziția de la optica ondulată la cea geometrică.

Difracţie - este fenomenul de abatere de la propagarea rectilinie a luminii, daca nu poate fi o consecinta a reflexiei, refractiei sau indoirii razelor luminoase cauzate de o modificare spatiala a indicelui de refractie. În acest caz, abaterea de la legile opticii geometrice este cu atât mai mică, cu atât lungimea de undă a luminii este mai mică.

cometariu. Nu există nicio diferență fundamentală între difracție și interferență. Ambele fenomene sunt însoțite de o redistribuire a fluxului luminos ca urmare a suprapunerii undelor.

Un exemplu de difracție este fenomenul când lumina cade pe un perete opac cu o gaură. În acest caz, un model de difracție este observat pe ecranul din spatele partiției în regiunea limitei umbrei geometrice.

Se obișnuiește să se facă distincția între două tipuri de difracție. În cazul în care unda incidentă pe partiție poate fi descrisă printr-un sistem de raze paralele între ele (de exemplu, când sursa de lumină este suficient de departe), atunci se vorbește despre Difracția Fraunhofer sau difracția în fascicule paralele. În alte cazuri, ei vorbesc despre Difracția Fresnel sau difracția divergentă .

La descrierea fenomenelor de difracție, este necesar să se rezolve sistemul de ecuații Maxwell cu condițiile de limită și inițiale corespunzătoare. Cu toate acestea, găsirea unei astfel de soluții în majoritatea cazurilor este foarte dificilă. Prin urmare, metodele aproximative bazate pe principiul Huygens în formularea generalizată a lui Fresnel sau Kirchhoff sunt adesea folosite în optică.

principiul Huygens.

Declarația principiului lui Huygens . Fiecare punct al mediului, la care la un moment dat în timp t mișcarea valurilor a ajuns, servește ca sursă de unde secundare. Învelișul acestor unde indică poziția frontului de undă la următoarea oră de închidere t+dt. Razele undelor secundare sunt egale cu produsul dintre viteza de fază a luminii și intervalul de timp: .

Principiul Huygens-Fresnel.

Fresnel a completat principiul lui Huygens cu ideea interferenței undelor secundare. Din amplitudinile undelor secundare, ținând cont de fazele acestora, se poate găsi amplitudinea undei rezultate în orice punct din spațiu.

Fiecare element mic al suprafeței undei este o sursă a unei unde sferice secundare, a cărei amplitudine este proporțională cu valoarea elementului. dSși a cărui ecuație de-a lungul razei are forma:

Unde A 0 - coeficient proporțional cu amplitudinea oscilațiilor punctelor de pe suprafața undei dS, - coeficient în funcție de unghiul q dintre rază și vector, și astfel încât atunci când ia valoarea maximă, iar când - minima (aproape de zero).

Oscilația rezultată la un punct de observație R este apoi determinată de expresia analitică a principiului Huygens-Fresnel, care a fost derivat de Kirchhoff:

Calculul explicit conform acestei formule este o procedură destul de consumatoare de timp, prin urmare, în practică, pot fi utilizate metode aproximative pentru găsirea acestei integrale.

Pentru a găsi amplitudinea oscilației la punctul de observație Pîntreaga suprafață a valului S poate fi împărțit în secțiuni sau zone Fresnel. Să presupunem că observăm difracția în raze divergente (difracția Fresnel), adică. luați în considerare o undă sferică care se propagă de la o sursă L. Lasă valul să se propage în vid.

Să fixăm suprafața undei la un moment dat t. Fie raza acestei suprafețe A. Linia LP intersectează această suprafață într-un punct DESPRE. Să presupunem că distanța dintre puncte DESPREȘi R egală b. din punct R lasă secvenţial deoparte sferele ale căror raze. Două sfere învecinate „taie” secțiuni inelare de pe suprafața undei, numite zone Fresnel. (După cum știți, două sfere se intersectează de-a lungul unui cerc situat într-un plan perpendicular pe dreapta pe care se află centrele acestor sfere). Găsiți distanța de la un punct DESPRE până la limita zonei cu numărul m. Fie raza limitei exterioare a zonei Fresnel r m . pentru că raza suprafeţei undei este A, apoi

În același timp, în același timp,

Prin urmare, unde.

Pentru lungimi de undă vizibile și numere nu foarte mari m putem neglija termenul în comparație cu m l. Prin urmare, în acest caz, și pentru pătratul razei, obținem expresia: , în care ultimul termen poate fi din nou neglijat. Apoi raza m zona Fresnel (pentru difracția divergentă):

Consecinţă. Pentru difracția în fascicule paralele (difracția Fraunhofer), raza zonelor Fresnel se obține prin trecerea la limită. A®¥:

Acum să comparăm zonele zonelor Fresnel. Aria unui segment de suprafață sferică aflată în interior m-a zonă, după cum știți, este egală cu: . Numărul zonei mînchis între limitele zonelor cu numere mȘi m-unu. Deci aria sa este:

După transformări, expresia va lua forma: .

Dacă neglijăm valoarea, atunci rezultă din expresia că pentru numere mici, aria zonelor nu depinde de numărul m .

Să împărțim prima zonă într-un număr mare N zone interne la fel ca mai sus, dar acum distanțele de la limitele a două zone interne adiacente până la punct R va diferi cu o cantitate mică. Prin urmare, diferența de fază a undelor care ajung în punct R, va fi mic. Pe diagrama amplitudine-vector, vectorul de amplitudine din fiecare dintre zonele interne va fi rotit cu un unghi mic d față de cel precedent, prin urmare, amplitudinea oscilației totale din primele câteva zone interne va corespunde vectorului care leagă începutul și sfârșitul liniei întrerupte. Odată cu creșterea numărului zonei interioare, diferența de fază totală va crește și la limita primei zone va deveni egală cu p. Aceasta înseamnă că vectorul de amplitudine din ultima zonă interioară este direcționat opus cu vectorul de amplitudine din prima zonă interioară. În limita unui număr infinit de zone interne, această linie întreruptă va trece într-o parte a unei spirale.

Din figură se poate observa că pentru amplitudinea din prima zonă se poate obţine o estimare: , prin urmare, intensitatea din prima zonă este de 4 ori mai mare decât intensitatea undei incidente. Egalitatea poate fi interpretată în alt mod.

Dacă pentru un număr infinit de zone deschise amplitudinea totală se scrie astfel: ,

Unde m este un număr par, atunci din egalitate rezultă următoarea estimare: .

cometariu. Daca schimbam cumva fazele oscilatiilor la punct R de la zonele pare sau impare la p, sau pentru a închide zonele pare sau impare, atunci amplitudinea totală va crește în comparație cu amplitudinea undei deschise. Această proprietate are placa de zonă - o placă de sticlă plan-paralelă cu cercuri concentrice gravate, ale căror raze coincid cu razele zonelor Fresnel. Placa de zonă „oprește” zonele Fresnel pare sau impare, ceea ce duce la o creștere a intensității luminii la punctul de observare.

Difracția la o gaură circulară.

Raționamentul dat mai sus ne permite să concluzionăm că amplitudinea oscilațiilor în punct R depinde de numărul de zone Fresnel. Dacă un număr impar de zone Fresnel este deschis pentru un punct de observare, atunci va exista o intensitate maximă în acest punct. Dacă un număr par de zone este deschis, atunci intensitatea minimă.

Modelul de difracție dintr-o gaură rotundă are forma de inele alternante de lumină și întuneric.

Odată cu o creștere a razei găurii (și o creștere a numărului de zone Fresnel), alternanța inelelor întunecate și luminoase va fi observată numai în apropierea limitei umbrei geometrice, iar în interior iluminarea practic nu se va schimba.

Difracție pe disc mic.

Să luăm în considerare schema experimentului, în care pe calea undei luminoase este situat un disc rotund opac, a cărui rază este proporțională cu razele primelor zone Fresnel.

Pentru a lua în considerare modelul de difracție, pe lângă zonele obișnuite, construim zone suplimentare de la marginea discului.

luând în considerare evaluarea va fi egală. În consecință, în punctul de observație, în centrul umbrei geometrice, va exista întotdeauna un punct luminos - intensitatea maximă. Acest loc se numește Locul Poisson.

Exemplu. Pe un disc opac cu un diametru D\u003d 0,5 cm, o undă monocromatică plană cade în mod normal, a cărei lungime este l \u003d 700 nm. Găsiți diametrul găurii din centrul discului, la care intensitatea luminii în punctul respectiv R ecran (pe axa sistemului) va fi egal cu zero. Distanța dintre disc și ecran L= 2,68 m.

Soluţie. Găsiți numărul de zone Fresnel obișnuite care sunt acoperite de disc. Numărul zonei se găsește din formula pentru raza zonelor Fresnel pentru difracția Fraunhofer: , .

interferometru Rayleigh

Animaţie

Descriere

Interferometrul Rayleigh este unul dintre cele mai sensibile dispozitive de interferență la diferența de incursiuni de fază ale undelor, ceea ce îi permite să fie utilizat pentru a determina cu precizie indicii de refracție ai gazelor la o presiune apropiată de cea atmosferică (la această presiune, indicele de refracție corespunzător diferă de la unitate la a patra la a cincea zecimală) .

O reprezentare schematică a designului interferometrului Rayleigh este prezentată în fig. unu.

Reprezentare schematică a designului interferometrului Rayleigh

Orez. unu

Un fascicul de lumină de la o sursă aproape punctiformă S, care se află în centrul lentilei, este convertit de această lentilă într-un fascicul paralel. Mai departe, în spatele lentilei, există o diafragmă cu două găuri simetrice față de axa principală a sistemului - surse secundare S 1 și S 2, formând două fascicule subțiri paralele. Aceste fascicule sunt apoi focalizate de o a doua lentilă pe un ecran situat în planul său focal. Rezultatul este un model de interferență de dungi orizontale, așa cum se arată în figură. În acest caz, în absența unor obiecte suplimentare cu indici de refracție n 1 (o celulă cu gazul studiat) și n 2 (un compensator de defazare cu o schimbare de fază controlată cunoscută a radiației optice din acesta), maximul zero al modelul de interferență se află pe axa sistemului. Maximul zero este maximul corespunzător diferenței de drum zero D a undelor care formează modelul de interferență. Când se folosește radiația de bandă largă (de exemplu, lumina naturală), aceasta se distinge ușor de maximele de ordin superior m:

D \u003d m l 0,

unde l 0 este lungimea de undă centrală a spectrului de radiații.

Într-adevăr, este ușor de înțeles că este singurul care are culoarea albă inițială, în timp ce maximele de ordin superior sunt „întinse în spectru” datorită faptului că condițiile maxime sunt atinse la diferite deplasări față de centrul modelul pentru diferite lungimi de undă ale spectrului fasciculului.

Dacă introducem acum în două fascicule care se propagă în spațiul interlentil (așa-numitele brațe ale interferometrului) o celulă de lungime L cu gazul studiat n 1 și o întârziere optică controlată n 2 (de exemplu, aceeași celulă cu un gaz al cărui gaz). indicele de refracție depinde de presiunea este cunoscută), atunci fasciculele vor primi o diferență suplimentară de cale:

D 1 \u003d L (n 2 -n 1 ).

Astfel, marginea zero a modelului de interferență se va deplasa, iar centrul câmpului va căpăta culoare.

Pentru a „readuce imaginea la locul ei”, este necesară egalizarea indicilor de refracție ai gazului studiat și ai gazului de referință în două cuve, ceea ce se realizează prin variarea presiunii acestuia din urmă. Ca urmare, după ce a restabilit centralitatea benzii „albe” zero (și acest lucru se poate face cu o precizie ridicată, de ordinul a 1/40 din bandă, D m Ј 1/40 ), obținem informații precise despre indicele de refracție al gazului studiat. Instrumentele reale, realizate conform schemei interferometrului Rayleigh, fac posibilă măsurarea diferențelor indicelui de refracție față de unitate conform formulei:

(n-1)= l 0 D m/L » 10 -8 .

Sincronizare

Timp de inițiere (log la -8 la -7);

Durata de viață (log tc -7 până la 15);

Timp de degradare (log td -8 la -7);

Timp optim de dezvoltare (log tk -6 până la -5).

Diagramă:

Realizări tehnice ale efectului

Folosind concluziile teoriei difracției, se poate susține că lumina din sursele secundare din experimentul lui Young are cea mai mare intensitate în direcția razelor geometrice de la sursa primară. În experimentul lui Young, aceste raze diverg în spatele ecranului, dar cu ajutorul unei lentile plasate în fața orificiilor (Fig. 7.12), ele pot fi reduse la un punct O, conjugat în raport cu lentila cu Apoi intensitatea de modelul de interferență lângă O crește, iar franjuri de interferență pot fi observate la găurile situate mult mai departe. Distanța dintre dungile luminoase adiacente este încă egală, iar dacă lentila oferă o imagine stigmatică a unui punct, atunci, conform principiului egalității optice.

În felul acesta, banda de ordinul zero va fi situată în O. Dacă lentila nu oferă o imagine stigmatică, banda de ordinul zero se va deplasa la O cu o sumă în funcție de diferența de cale optică de la 5 la O prin ambele găuri. Cu o diferență de cale optică, deplasarea va fi de câteva ori mai mare decât distanța dintre franjuri luminoase adiacente, unde

Evident, un astfel de dispozitiv poate fi folosit pentru a testa cantitativ calitatea lentilelor, așa cum a făcut Michelson. Dacă una dintre găuri este fixată în raport cu centrul lentilei, atunci prin măsurarea în diferite poziții ale celeilalte găuri, este posibil să se determine abaterea frontului de undă care iese din sfericitate după trecerea prin lentilă (aberația undei) . În mod similar, dacă o placă transparentă de grosime I cu indice de refracție este plasată într-un fascicul de lumină care vine de atunci lungimea căii optice crește cu și ordinea interferenței în punctul O se modifică cu

Prin măsurare se poate determina diferența dintre indicii de refracție ai plăcii și mediul înconjurător. Aceasta este baza dispozitivului interferometru Rayleigh, utilizat pentru măsurători precise ale indicilor de refracție ai gazelor. O diagramă a unui model modern al acestui dispozitiv este prezentată în Fig. 7.13. Lumina dintr-o fantă este colimată de o lentilă și apoi incidentă pe alte două fante paralele.

Orez. 7.13. Schema interferometrului Rayleigh, a - secțiune orizontală, - secțiune verticală.

Fascicule paralele de lumină din și trec prin diferite celule de gaz și sunt colectate de o lentilă în planul focal al căreia se formează franjuri de interferență paralel cu fante. Amplasarea celulelor de gaz în fascicule de lumină face necesară creșterea semnificativă a distanței dintre fante și, ca urmare, franjurile de interferență sunt distanțate strâns și este necesară o mărire mare pentru observarea lor. Nici lățimea fantei nu poate fi mare și, prin urmare, luminozitatea imaginii este scăzută. Deoarece mărirea este necesară numai în direcția perpendiculară pe dungi, un ocular cilindric sub forma unei baghete de sticlă subțire cu o axă lungă paralelă cu dungi este bine potrivit în acest scop. Imaginea vizualizată în acest fel este mult mai luminoasă decât atunci când utilizați un ocular sferic. Utilizarea unui ocular cilindric are încă un avantaj important, făcând posibilă obținerea unui al doilea sistem fix de franjuri cu aceeași distanță între franjuri ca și în cel principal, dar format din lumina provenită de la sursele care trec sub celulele de gaz. Al doilea sistem de benzi poate servi drept scară de referință. Cu ajutorul unei plăci de sticlă, această scară este deplasată vertical, astfel încât marginea sa superioară să fie în contact cu marginea inferioară a sistemului principal. Linia de despărțire ascuțită dintre pimi este marginea plăcii observată prin lentilă

În consecință, determinarea deplasării sistemului principal de benzi din cauza modificărilor căilor optice în cuve depinde în totalitate de acuitatea vizuală a ochiului, care, în general, este mare și în acest fel este posibil să se detecteze deplasări aproximativ egale cu 1/40 dintr-o comandă. Schimbările aleatoare ale sistemului optic devin, de asemenea, mai puțin semnificative, deoarece afectează ambele sisteme de benzi simultan.

În practică, este mai convenabil să compensați diferența de cale optică decât să numărați franjuri. Acest lucru se face după cum urmează: lumina care iese din celulele de gaz trece prin plăci subțiri de sticlă, dintre care una este staționară, în timp ce cealaltă se poate roti în jurul unei axe orizontale, ceea ce vă permite să schimbați fără probleme lungimea căii optice a luminii care vine. din

Un astfel de compensator este calibrat în lumină monocromatică pentru a determina cantitatea de rotație a plăcii corespunzătoare unei schimbări de un ordin de mărime în sistemul principal de franje. În acest caz, sistemul de benzi servește ca un indicator nul al egalității căilor optice.De obicei, dispozitivul funcționează după cum urmează: celulele de gaz sunt pompate, iar în lumină albă, folosind un compensator, benzile sistemul principal și scara sunt aproximativ aliniate; apoi, se realizează coincidența exactă a ordinelor gloanțelor în lumină monocromatică, după care una dintre cuve este umplută cu gazul studiat și din nou, mai întâi în lumină albă, iar apoi în monocromatic, ordinele zero sunt combinate folosind un compensator. Diferența dintre cele două setări ale compensatorului face posibilă determinarea din calibrarea acestuia a deplasării ordinii în sistemul de bandă principală cauzată de prezența gazului în cuvă. Indicele de refracție al acestui gaz se găsește din (28), și anume:

unde este lungimea celulei de gaz. Cu valori normale și o precizie de setare de 1/40 dintr-o comandă, o schimbare de aproximativ

Căile optice de la și către locul de observare a modelului de interferență trec prin medii cu dispersie diferită; prin urmare, spre deosebire de cazul simplu considerat în ordine zero în lumina diferitelor lungimi de undă, în general, acestea nu coincid, iar în lumina albă nu există o bandă complet albă. La cea mai puțină bandă colorată pentru o lungime de undă medie (în regiunea vizibilă a spectrului), care depinde de sensibilitatea la culoare a ochiului. Prin analogie cu terminologia adoptată la descrierea lentilelor, această bandă se numește acromatică. Dacă compensatorul introduce o diferență de cale optică L, atunci ordinea interferenței în punctul O este egală cu

Prin urmare, în punctul O, banda acromatică va fi când

Cu o astfel de setare a compensatorului, ordinea zero a imaginii în lumină monocromatică poate să nu se încadreze în punctul O, deoarece pentru coincidența lor este necesar ca

Această discrepanță poate fi suficient de mare pentru a face dificilă identificarea benzii de ordinul zero în lumină monocromatică și, prin urmare, trebuie să recurgem la măsurători preliminare la presiune joasă sau cu o cuvă scurtă.

De asemenea, observăm că banda acromatică este bine recunoscută numai dacă în acele puncte din model în care intervalul de valori pentru lungimile de undă ale spectrului vizibil este suficient de mic. Când sunt observate în lumină albă, căile undelor interferente în medii cu aceeași dispersie ar trebui să fie cât mai egale posibil.

În principiu, se poate obține o sensibilitate mai mare prin creșterea I, dar acest lucru este împiedicat de dificultatea de a controla temperatura. Din același motiv, în modelul instrumentului destinat măsurării diferenței indicilor de refracție a lichidelor sunt folosite doar cuve scurte. În plus, diferența de cale care poate fi compensată este limitată și, prin urmare, cu o diferență mare a indicilor de refracție din cuve, lungimea acestora trebuie redusă proporțional.

Interferometre cu fascicul dublu. Interferometre Rayleigh, Jamin, Michelson, Linnik. Interferometre cu fascicule multiple (interferometru Fabry-Perot, placă Lummer-Hercke). Filtre de interferență

Dacă oglinda M1 este amplasată astfel încât M´1 și M2 să fie paralele, se formează benzi de înclinare egală, localizate în planul focal al lentilei O2 și având forma unor inele concentrice. Dacă M1 și M2 formează o pană de aer, atunci există benzi de grosime egală localizate în planul panei M2 M1 și reprezentând linii paralele. Dacă suprafața probei studiate are un defect sub forma unei depresiuni sau proeminențe de înălțime l, atunci franjurile de interferență sunt îndoite. Dacă atunci marginile de interferență se curbează astfel încât să ia...

51. Interferometre cu două fascicule. Interferometre Rayleigh, Jamin, Michelson, Linnik. Interferometre cu fascicule multiple (interferometru Fabry-Perot, placă Lummer-Hercke). Filtre de interferență

interferometru - un dispozitiv de măsurare, a cărui funcționare se bazează pe interferența undelor.Interferometrele optice sunt folosite pentru a măsura lungimile de undă optice ale liniilor spectrale, indicii de refracție ai mediilor transparente, lungimile absolute și relative ale obiectelor, dimensiunile unghiulare ale stelelor etc., pentru a controla calitatea pieselor optice și a suprafețelor acestora etc.

Interferometrele diferă prin metodele de obținere a undelor coerente și în ce cantitate se măsoară direct. În funcție de numărul de fascicule de lumină interferente, interferometrele optice pot fi împărțite încu fascicule multiple și cu două fascicule. Interferometrele cu fascicul multiplu sunt utilizate în principal ca interferențăinstrumente spectralepentru a studia compoziția spectrală a luminii. Interferometrele cu două fascicule sunt utilizate atât ca instrumente spectrale, cât și ca instrumente pentru măsurători fizice și tehnice.

Interferometre cu fascicul dublu

Refractometrele de interferență sunt utilizate pentru măsurarea indicilor de refracție ai gazelor și lichidelor. Unul din ei -interferometru Jamin.

Pachetul S lumină monocromatică după reflectarea de pe suprafețele din față și din spate ale primei plăci de sticlă P 1 se împarte în două mănunchiuri S 1 și S 2 . După trecerea prin cuve 1 și K 2 și reflexii de pe suprafețele plăcii de sticlă Р 2 , înclinată la un unghi mic față de placa P 1 , fasciculele pătrund în telescopul T și interferează, formând benzi drepte de înclinare egală.

Dacă una dintre cuve este umplută cu o substanță cu indice de refracție n 1 , iar celălalt - o substanță cu indice de refracție n 2 , apoi prin deplasarea modelului de interferență cu numărul de franjuri m în comparație cu situația în care ambele cuve sunt umplute cu aceeași substanță, se poate găsi diferența de indici de refracție, unde sunt eu lungimea cuvei. Precizia măsurării cantitățiieste foarte mare și poate ajunge la a șaptea și chiar a opta zecimală.La măsurare, franja de interferență de ordinul zero este returnată în centrul câmpului vizual al telescopului cu ajutorul unui compensator. LA , pentru care se construiește preliminar un grafic al dependenței unghiului de înclinare de diferența de drum, exprimat în numărul de benzi. Pentru a monocromatiza radiația, în circuitul dispozitivului este introdus un filtru de lumină F .

Pentru măsurători de precizie a indicilor de refracție ai gazelor și lichidelor se folosesc și eleinterferometru Rayleigh. Schema sa optică este prezentată în Figura 4.

Lumina din fanta S colimat de lentilă L1 și apoi cade pe alte două sloturi S 1 și S 2 , sloturi paralele S . Fascicule paralele de lumină de la S 1 și S 2 trece prin diferite cuve T1 și T2 , umplute cu gaz sau lichid și sunt colectate de o lentilă L2 , în planul focal al căruia se formează franjuri de interferență paralel cu fante. Prezența materiei în cuve se datorează faptului că lățimea franjurilor de interferență este mică și este necesară o mărire mare pentru observare. Din moment ce lățimea golului S este mic, atunci luminozitatea modelului de interferență este scăzută. Mărirea este necesară doar în direcția perpendiculară pe franjuri, deci se folosește un ocular cilindric Oh, a cărui axă lungă este paralelă cu dungile. Concomitent cu modelul de interferență studiat, se formează un al doilea model de interferență, situat sub celulă. Poate servi ca scară de referință. Printr-o placă de sticlă G această scară este deplasată vertical, astfel încât marginea sa superioară să fie în contact cu marginea inferioară a sistemului principal de dungi. Linia de despărțire ascuțită dintre ele este imaginea marginii plăcii G văzut printr-o lentilă L2 . Decalaje de aproximativ 1/40 din lățimea de bandă pot fi detectate în acest fel. În practică, este mai convenabil să compensați diferența de cale optică decât să numărați franjuri. Compensarea se realizează astfel: lumina care părăsește celulele trece prin plăci subțiri de sticlă, dintre care una (C 1 ) este nemișcat, iar celălalt (C 2 ) se poate roti în jurul unei axe orizontale. În acest caz, este posibil să se schimbe fără probleme lungimea căii optice a sursei care iese din fantă S2. Compensatorul C 2 este calibrat în lumină monocromatică pentru a determina unghiul de rotație corespunzător unei schimbări de un ordin de mărime în sistemul principal de margini. Sistemul de bandă inferioară servește ca indicator nul. Când se lucrează cu cuve evacuate, se realizează mai întâi o aliniere aproximativă a benzilor zero în ambele modele, apoi acestea sunt aliniate exact în lumină monocromatică folosind un compensator. După aceea, o cuvă este umplută cu gazul investigat și comenzile zero sunt combinate din nou. Decalajul este determinat de diferența dintre unghiurile de rotație ale compensatorului∆m în sistemul etajului principal folosind diagrama de calibrare a compensatorului. Indicele de refracție al gazului n´ găsi prin formulă, unde l lungimea cuvei de gaz, λ 0 este lungimea de undă în vid. Se găsesc aproximativ 10-8 .

Interferometre cu fascicule multiple

Cel mai simplu interferometru cu fascicule multiple este implementat pe baza pl a stinki Lummer-Gerke, care este o placă plană-paralelă transparentă de înaltă calitate, a cărei grosime l și indicele de refracție n . Indicele de refracție al mediului în afara plăcii n´ = 1 (Figura 5). Amplitudine coe f factori de reflexie, respectiv de transmisie și  .

Fasciculele interferente se vor amplifica reciproc dacă diferența de cale dintre ele este egală cu un număr întreg de lungimi de undă: , unde T = 0, 1, 2, … . Intensitatea minimă se va respecta la t \u003d 1/2, 3/2, .... Cea mai mare ordine de interferență, care poate fi obținut într-un interferometru cu mai multe fascicule, ( t ~ 20000). Regiunea de dispersie liberămic. Prin urmare, un interferometru cu fascicule multiple este folosit doar pentru a studia contururile liniilor spectrale izolate de un alt dispozitiv spectral.

Placa Lummer-Gercke este rar folosită. O modalitate mai comună de a obține interferență cu mai multe fascicule se bazează pe utilizareInterferometre Fabry-Perot.

Principalele părți ale interferometrului Fabry-Perot sunt două plăci de sticlă sau cuarț P 1 și P 2 cu suprafete plane. Suprafețele care formează spațiul de aer sunt acoperite cu pelicule parțial transparente și sunt strict paralele între ele. Pentru a elimina efectele dăunătoare ale luminii reflectate de suprafețele exterioare, plăcile sunt realizate ușor în formă de pană. Interferometrul Fabry-Perot formează franjuri de interferență cu panta egală sub formă de inele concentrice. Este destul de ușor să observați modelul de interferență de la un interferometru Fabry-Perot folosind un laser ca sursă.

În condiții de incidență normală a luminii pe o placă transparentă uniformă, interferența cu mai multe căi poate fi utilizatăemisie de radiație într-o regiune spectrală îngustă (10 - 20 nm). Acesta este principiul de funcționarefiltre de interferență(Figura 7).

Poza 1 - Diagrama interferometrului Michelson

Cam 2

Aproximativ 1

M 1

M’ 1

Figura 2 - Schema microinterferometrului lui Linnik

Cam 2

Aproximativ 1

M 1

M’ 1

Figura 3 - Diagrama interferometrului Jamin

dar – secțiune orizontală; b - sectiune verticala

Figura 4 - Diagrama interferometrului Rayleigh

Figura 5 - Calea razelor prin placa Lummer-Gercke

E00

 2

E00

 E 00

 2 E 00

 2 E 00

 2  2 E 00 e i 

Figura 6 - Schema interferometrului Fabry-Perot

Strat dielectric intermediar

Filme parțial reflectorizante

Sticlă

Figura 7 - Filtru de interferență tip Fabry-Perot

Schema schematică a interferometrului Rayleigh

interferometru Rayleigh- un interferometru cu o singură trecere, cu fascicul dublu, care separă lumina dintr-o sursă în două fluxuri, a căror diferență de fază este creată prin trecerea luminii prin două cuve identice umplute cu gaze diferite. A fost propus pentru prima dată de Lord Rayleigh în 1886. Folosit pentru determinarea indicilor de refracție ai gazelor.

schema circuitului

Lumina de la sursă trece printr-o lentilă care creează un fascicul paralel și deschideri care decupează două fascicule din aceasta (brațele interferometrului). Fiecare dintre grinzi trece prin propria sa celulă cu gaz. La ieșirea circuitului, există o lentilă care aduce ambele fascicule împreună pentru a obține franjuri de interferență la focalizarea sa.

Pentru măsurători, într-unul dintre brațe se introduce un compensator - de exemplu, o placă de sticlă, prin rotire pe care se poate modifica lungimea optică a traseului fasciculului în braț. Dacă indicele de refracție la unul dintre brațe este n, atunci al doilea indice de refracție necunoscut este

Unde ℓ (\displaystyle \ell )- lungimea cuvei cu gaz, λ 0 (\displaystyle \lambda _(0)) este lungimea de undă a sursei de lumină, ∆m (\displaystyle \Delta m)- ordinea interferenței (numărul de franjuri de interferență care se intersectează într-un punct dat). Cu parametrii de configurare tipici - o lungime a celulei de un metru, o lungime de undă de 550 nm și un ordin de interferență de 1/40 - poate fi măsurată o diferență de indice de refracție de 10 -8. Sensibilitatea interferometrului este determinată de lungimea cuvei. Lungimea sa maximă este determinată, de obicei, de posibilitățile tehnice de control al temperaturii, deoarece termic