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
n ′ = n + λ 0 ℓ Δ m , (\displaystyle n"=n+(\frac (\lambda _(0))(\ell ))\Delta m,)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
7. Interferometru Rayleigh
Rayleigh pnterferometer (refractometru de interferență) - un interferometru pentru măsurarea indicilor de refracție, bazat pe fenomenul de difracție a luminii pe două fante paralele. Diagrama interferometrului Rayleigh este prezentată în (Fig. 10) în proiecții verticale și orizontale.
O fantă puternic iluminată de lățime S mică servește ca sursă de lumină situată în planul focal al obiectivului O 1 . Un fascicul paralel de raze care iese din O 1 trece printr-o diafragmă D cu două fante și tuburi paralele R 1 și R 2 în care sunt introduse gazele sau lichidele studiate. Tuburile sunt de lungime egală și ocupă doar jumătatea superioară a spațiului dintre O 1 și obiectivul telescopului O 2 . Ca rezultat al interferenței difracției luminii pe fantele de deschidere D, în planul focal al obiectivului O2 se formează două sisteme de franjuri de interferență în locul imaginii fantei S, care sunt prezentate schematic în Fig. 10. Sistemul superior de benzi este format din raze care trec prin tuburile R 1 și R 2 , iar cel inferior din raze care trec pe lângă acestea. Franjurile de interferență sunt observate folosind un ocular cilindric de O 3 cu focalizare scurtă. În funcţie de diferenţa indicilor de refracţie n 1 şi n 2 ai substanţelor plasate în R 1 şi R 2, sistemul superior de benzi va fi deplasat într-o direcţie sau alta. Măsurând mărimea acestei amestecări, se poate calcula n 1 - n 2 . Sistemul inferior de benzi este nemișcat, iar deplasările sistemului superior sunt numărate din acesta. Când fanta S este iluminată cu lumină albă, franjurile centrale ale ambelor modele de interferență sunt acromatice, iar franjurile din dreapta și din stânga acestora sunt colorate. Acest lucru face mai ușor să găsiți benzile centrale. Măsurarea mișcării sistemului de bandă superioară se realizează cu ajutorul unui compensator, care introduce o diferență de fază suplimentară între grinzile care trec prin R 1 și R 2 până când sistemele de bandă superioară și inferioară coincid. Cu interferometrul Rayleigh, se obține o precizie foarte mare de măsurare până la a 7-a și chiar a 8-a zecimală. Interferometrul Rayleigh este folosit pentru a detecta impuritățile mici în aer, în apă, pentru a analiza gazele de ceniu și cuptor și în alte scopuri.
Un interferometru cu ultrasunete este un dispozitiv pentru măsurarea vitezei de fază și a coeficientului de absorbție, al cărui principiu se bazează pe interferența undelor acustice. Interferometru cu ultrasunete tipic (Figura...
Interferometre și aplicațiile lor
Interferometrul Jamin (refractometru de interferență) este un interferometru pentru măsurarea indicilor de refracție ai gazelor și lichidelor, precum și pentru determinarea concentrației de impurități din aer. interferometru Jamin (Fig. 3...
Interferometre și aplicațiile lor
STAR INTERFEROMETER - un interferometru pentru măsurarea dimensiunilor unghiulare ale stelelor și a distanțelor unghiulare dintre stelele binare. Dacă distanța unghiulară dintre două stele este foarte mică, acestea pot fi văzute printr-un telescop ca o stea...
Interferometre și aplicațiile lor
INTERFEROMETRUL DE INTENSITATE - un dispozitiv în care se măsoară coeficientul de corelație al intensității radiației primite în două puncte distanțate ...
Interferometre și aplicațiile lor
Interferometrul Michelson este unul dintre cele mai comune circuite scheletice de interferometru, conceput pentru diverse aplicații în cazul în care alinierea spațială a obiectelor care generează unde interferente ...
Interferometre și aplicațiile lor
Interferometrul lui Rozhdestvensky este un interferometru cu două fascicule format din 2 oglinzi M1, M2 și două plăci translucide paralele P1, P2 (Fig. 8.); M1, P1 și M2, P2 sunt instalate în perechi în paralel...
Interferometre și aplicațiile lor
INTERFEROMETRUL FABRY-PEROT este un dispozitiv spectral de interferență cu mai multe fascicule cu dispersie bidimensională, care are o rezoluție ridicată. Este folosit ca dispozitiv cu descompunerea spațială a radiației într-un spectru și fotografic...
optica cuantică
Din luarea în considerare a legilor Stefan-Boltzmann și Wien, rezultă că abordarea termodinamică pentru rezolvarea problemei găsirii funcției Kirchhoff universale r?,T nu a dat rezultatele dorite...
Dezvoltarea vederilor asupra naturii luminii. Fenomenul interferenței luminii
Desigur, principiul interferenței poate fi aplicat nu numai observațiilor bacteriilor, ci și observațiilor stelelor. Este atât de evident...
teoria cerului albastru
Ce ipoteze nu au fost înaintate în momente diferite pentru a explica culoarea cerului. Privind cum fumul pe fundalul unui șemineu întunecat capătă o culoare albăstruie, Leonardo da Vinci a scris: „... luminozitatea peste întuneric devine albastru, cu atât mai frumos...
ceea ce îi permite să fie utilizat pentru a determina cu exactitate indicii de refracție ai gazelor la o presiune apropiată de cea atmosferică (la această presiune, indicele de refracție corespunzător diferă de unitate în a patra până la a cincea zecimală).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.
| A |
| C |
| B |
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.
4. interferometru Mach-Zehnder .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: .
| Borduri geometrice de umbră |
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:
| dS |
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 .
| b+D |
| b+2×D |
| b+3×D |
| b+ n× D |
| P |
| O |
| zona numarul 1 |
| zona numarul 1.1 |
| zona numarul 1.2 |
| zona numarul 1.3 |
| zona numarul 1. n etc. |
| A 1.1 |
| A 1.2 |
| A 1.3 |
| d |
| d |
| A 1.S |
Aflarea amplitudinii rezultate la punctul de observare R produsă în felul următor. pentru că undele secundare emise sunt coerente iar distanţele de la limitele învecinate până la punct R diferă cu jumătate din lungimea de undă, apoi diferența de fază a oscilațiilor din surse secundare la aceste limite, ajungând la punctul R, este egal cu p (se spune că oscilațiile vin în antifază). În mod similar, pentru orice punct al oricărei zone, va exista cu siguranță un punct în zona vecină, vibrații de la care vin la punctul Rîn antifază. Mărimea amplitudinii vectorului de undă este proporțională cu aria zonei: . Dar zonele zonelor sunt aceleași, și cu creșterea numărului m unghiul q crește, deci valoarea scade. Prin urmare, putem scrie o succesiune ordonată de amplitudini: . Pe diagrama amplitudine-vector, ținând cont de diferența de fază, această secvență este reprezentată de vectori direcționați opus, prin urmare
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.
| F |
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.
| b |
| b+(l/2) |
| b+2(l/2) |
| b+3 (l/2) |
| P |
| O |
| L |
| zona nr.3 zona nr.2 zona nr.1 etc. |
| A |
Zonele Fresnel de la marginea discului vor fi construite conform principiului anterior - distanțele de la limitele a două zone învecinate până la punctul de observare diferă cu jumătate din lungimea de undă. Amplitudinea la punctul de observare
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: , .
| A3.33 |
| F |
| 30 0 |
| A |
AGENȚIA FEDERALĂ PENTRU EDUCAȚIE
INSTITUȚIA DE ÎNVĂȚĂMÂNT DE STAT DE ÎNVĂȚĂMÂNT PROFESIONAL SUPERIOR
UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE STAT DON
Departamentul de Fizică
Determinarea concentrației soluțiilor cu ajutorul unui interferometru Rayleigh
Ghid pentru munca de laborator № 12
în fizică
(Secțiunea „Optică”)
Rostov-pe-Don 2011
Alcătuit de: doctor în științe tehnice, prof. SI. Egorova,
dr., Conf. univ. ÎN. Egorov,
Candidat la Științe Fizice și Matematice, Conf. univ. G.F. Lemeshko.
„Determinarea concentrației soluțiilor folosind un interferometru Rayleigh”: Metodă. instrucțiuni. - Rostov n/a: Centrul de Editură DSTU, 2011. - 8 p.
Publicat prin decizie a Comisiei Metodologice a Facultății de Nanotehnologie și Materiale Compozite
Editor științific prof., d.t.s. V.S. Kunakov
© DSTU Publishing Center, 2011
Obiectiv: 1. Să studieze principiul de funcționare al interferometrului Rayleigh.
2. Studiați fenomenele de interferență folosind un interferometru Rayleigh.
3. Determinați concentrația de alcool etilic în apă.
Echipament: Interferometru Rayleigh, cuve cu soluții de testare.
Scurtă teorie
Interferență - este suprapunerea undelor coerente, în care are loc redistribuirea spațială a fluxului luminos, în urma căreia apar maxime în unele locuri, iar minime în intensitatea luminii în altele.
coerent numite unde de aceeași frecvență și diferență de fază constantă. Pentru a obține unde coerente, este necesar să divizați fasciculul de lumină care emană dintr-o singură sursă.
Un model de interferență poate fi obținut folosind dispozitivul ITR-1, care se bazează pe schema interferometrului Rayleigh, în care modelul de interferență este obținut din două fascicule de lumină coerente care trec prin două fante paralele (Fig. 1).
lumina de la sursa 1 (bec incandescent) este asamblat folosind un condensator pe o fantă 2 situat în planul focal al lentilei colimatorului 3 . Un fascicul paralel de raze care iese din lentilă este separat de două fante de deschidere 4 . Aceste sloturi pot fi considerate ca două surse de unde luminoase secundare care sunt coerente.
Prin lentilă trec fascicule de lumină coerente 6 , în plus, partea superioară a grinzilor trece prin cuve 5 (Fig. 1), iar cea inferioară este direct îndreptată spre lentilă. Ca rezultat, două perechi de fascicule coerente interferează în planul focal al obiectivului. Modelul de interferență format din două fante este un sistem de dungi întunecate și deschise. Poziția benzii întunecate (condiție minimă) sau luminoasă (condiție maximă) este determinată de diferența de cale optică a razelor interferente:
- stare maximă, (1)
- stare minima, (2)
Unde 
- diferența de cale optică, care este egală cu diferența de lungimi de cale optică, adică 
,
(3)
Aici 
- indici de refracție, 
- căi străbătute de lumină, 
- lungimea de undă a luminii 
- ordinea maximului sau minimului.
Observarea se realizează prin ocular 7 (Fig. 1).
Modelul de interferență este prezentat în Fig.2. Razele care trec prin cuve formează modelul de interferență inferior, iar razele care trec prin cuve formează pe cel superior. O diferență suplimentară în calea razelor în cuve determină o deplasare a sistemului superior față de cel inferior. Dacă celulele sunt umplute cu gaze sau lichide cu indici de refracție diferiți, atunci va apărea o diferență suplimentară de cale, determinată de formula (3).
Cu ajutorul unui dispozitiv de compensare, sistemele de benzi pot fi combinate (Fig. 3).
În această lucrare, cuve de aceeași lungime ( 
). Unul dintre ele conține apă distilată, iar celălalt conține o soluție de alcool etilic în apă. Prin urmare, diferența suplimentară în calea razelor:
,
(4)
Unde 
- lungimea cuvei, 
sunt indicii de refracție ai soluției și respectiv ai apei distilate.
interferometru Rayleigh
Rayleigh pnterferometer (refractometru de interferență) - un interferometru pentru măsurarea indicilor de refracție, bazat pe fenomenul de difracție a luminii pe două fante paralele. Diagrama interferometrului Rayleigh este prezentată în (Fig. 10) în proiecții verticale și orizontale.
O fantă puternic iluminată de lățime S mică servește ca sursă de lumină situată în planul focal al obiectivului O 1 . Un fascicul paralel de raze care iese din O 1 trece printr-o diafragmă D cu două fante și tuburi paralele R 1 și R 2 în care sunt introduse gazele sau lichidele studiate. Tuburile sunt de lungime egală și ocupă doar jumătatea superioară a spațiului dintre O 1 și obiectivul telescopului O 2 . Ca rezultat al interferenței difracției luminii pe fantele de deschidere D, în planul focal al obiectivului O2 se formează două sisteme de franjuri de interferență în locul imaginii fantei S, care sunt prezentate schematic în Fig. 10. Sistemul superior de benzi este format din raze care trec prin tuburile R 1 și R 2 , iar cel inferior din raze care trec pe lângă acestea. Franjurile de interferență sunt observate folosind un ocular cilindric de O 3 cu focalizare scurtă. În funcţie de diferenţa indicilor de refracţie n 1 şi n 2 ai substanţelor plasate în R 1 şi R 2, sistemul superior de benzi va fi deplasat într-o direcţie sau alta. Măsurând mărimea acestei amestecări, se poate calcula n 1 - n 2 . Sistemul inferior de benzi este nemișcat, iar deplasările sistemului superior sunt numărate din acesta. Când fanta S este iluminată cu lumină albă, franjurile centrale ale ambelor modele de interferență sunt acromatice, iar franjurile din dreapta și din stânga acestora sunt colorate. Acest lucru face mai ușor să găsiți benzile centrale. Măsurarea mișcării sistemului de bandă superioară se realizează cu ajutorul unui compensator, care introduce o diferență de fază suplimentară între grinzile care trec prin R 1 și R 2 până când sistemele de bandă superioară și inferioară coincid. Cu interferometrul Rayleigh, se obține o precizie foarte mare de măsurare până la a 7-a și chiar a 8-a zecimală. Interferometrul Rayleigh este folosit pentru a detecta impuritățile mici în aer, în apă, pentru a analiza gazele de ceniu și cuptor și în alte scopuri.
interferometru Fabry-Perot
INTERFEROMETRUL FABRY-PEROT este un dispozitiv spectral de interferență cu mai multe fascicule cu dispersie bidimensională, care are o rezoluție ridicată. Este folosit ca dispozitiv cu descompunerea spațială a radiației într-un spectru și fotogr. înregistrare și ca dispozitiv de scanare cu înregistrare fotoelectrică. Interferometrul Fabry-Perot este un strat plan-paralel dintr-un material transparent omogen optic delimitat de planuri reflectorizante. Cel mai utilizat interferometru de aer Fabry-Perot este format din două plăci de sticlă sau cuarț situate la o anumită distanță d una de cealaltă (Fig. 11.). Învelișurile puternic reflectorizante sunt depuse pe planurile față în față (realizate cu o precizie de 0,01 lungime de undă). interferometrul Fabry-Perot este situat între colimatoare; o diafragmă iluminată este instalată în planul focal al colimatorului de intrare, care servește ca sursă de lumină pentru interferometrul Fabry-Perot. O undă plană incidentă pe un interferometru Fabry-Perot ca urmare a reflexiilor multiple din oglinzi și a unei ieșiri parțiale după fiecare reflexie este împărțită într-un număr mare de unde plane coerente care diferă ca amplitudine și fază. Amplitudinea voințelor coerente scade conform legii progresiei geometrice, iar diferența dintre fiecare pereche vecină de voințe coerente care merg într-o direcție dată este constantă și egală cu
unde n este indicele de refracție al mediului dintre oglinzi (pentru aer n=1), u este unghiul dintre fascicul și normala la oglinzi. După ce au trecut prin lentila colimatorului de ieșire, undele coerente interferează în planul său focal F și formează un model de interferență spațială sub formă de inele cu pantă egală (Fig. 12.). Distribuția intensității (iluminanței) în modelul de interferență este descrisă de expresie
I \u003d f k BTu / f 2 2,
unde B este luminozitatea sursei, f k este transmisia lentilelor colimatoarelor. y este aria secțiunii transversale a fasciculului paralel axial, f 2 este distanța focală a lentilei colimatorului de ieșire, T este funcția de transmisie a interferometrului Fabry-Perot.
T= T max (1+z 2 sin 2 k?) -1
Unde T max \u003d, k \u003d 2r / l
h \u003d 2 / (1- s), f, c și a sunt, respectiv, coeficienții de transmisie, reflexie și absorbție ai oglinzilor și f + c + a \u003d 1.
Funcția de transmisie T și, prin urmare, distribuția intensității, are un caracter oscilant cu maxime de intensitate ascuțită (Fig. 13), a cărei poziție este determinată din condiția
unde m (un număr întreg) este ordinul spectrului, l este lungimea de undă. La mijloc între maximele învecinate, funcția T are minime
Întrucât poziția maximelor de interferență depinde de unghi și egal cu acesta unghiul h de ieșire a razelor din a doua placă de sticlă, modelul de interferență are forma unor inele concentrice (Fig. 12.), determinate din condiție localizată în zona imaginii geometrice a diagramei de intrare (Fig. 11) .
Raza acestor inele este egală, de unde rezultă că la m = const există o dependență clară între r t și l și, prin urmare, interferometrul Fabry-Perot produce o expansiune spațială a radiației într-un spectru. Distanța liniară dintre maximele inelelor învecinate și lățimea acestor inele (Fig. 13.) scade odată cu creșterea razei, adică odată cu creșterea r t, inelele de interferență devin mai înguste și mai groase. Lățimea inelelor?r depinde și de coeficientul de reflexie c și scade odată cu creșterea c.
Luminozitatea unui interferometru Fabry-Perot real este de câteva sute de ori mai mare decât luminozitatea unui spectrometru de difracție cu rezoluție egală, ceea ce este avantajul său. Întrucât interferometrul Fabry-Perot, având o rezoluție înaltă, are o regiune de dispersie foarte mică, atunci când se lucrează cu acesta, este necesară o monocromatizare preliminară, astfel încât lățimea spectrului studiat să fie mai mică de ?l. În acest scop, se folosesc adesea dispozitive de dispersie încrucișată, combinând interferometrul Fabry-Perot cu o prismă sau un spectrograf de difracție, astfel încât direcțiile de dispersie ale interferometrului Fabry-Perot și ale spectrografului să fie reciproc perpendiculare. Uneori, pentru a crește regiunea de dispersie, se folosește un sistem de două interferometre Fabry-Perot plasate unul în spatele celuilalt cu distanțe diferite d, astfel încât raportul lor d 1 /d 2 să fie egal cu un număr întreg. Apoi regiunea de dispersie 1 este determinată de un interferometru Fabry-Perot „mai subțire”, iar puterea de rezoluție este determinată de unul „mai gros”. Când sunt instalate două interferometre Fabry-Perot identice, puterea de rezoluție crește și contrastul modelului de interferență crește.
Interferometrele Fabry-Perot sunt utilizate pe scară largă în regiunile ultraviolete, vizibile și infraroșu ale spectrului pentru a studia structura fină și hiperfină a liniilor spectrale, pentru a studia structura modului de radiație laser etc. Interferometrul Fabry-Perot este, de asemenea, utilizat ca un rezonator în lasere.
Se încarcă...