Schematický diagram Rayleighovho interferometra
Rayleighov interferometer- jednopriechodový dvojlúčový interferometer, ktorý oddeľuje svetlo zo zdroja na dva prúdy, medzi ktorými fázový rozdiel vzniká prechodom svetla cez dve rovnaké kyvety naplnené rôznymi plynmi. Prvýkrát to navrhol lord Rayleigh v roku 1886. Používa sa na stanovenie indexov lomu plynov.
schému zapojenia
Svetlo zo zdroja prechádza cez šošovku, ktorá vytvára paralelný lúč a otvory, ktoré z neho vyrezávajú dva lúče (ramená interferometra). Každý z lúčov prechádza vlastnou bunkou s plynom. Na výstupe schémy je šošovka, ktorá spája oba lúče, aby sa v ohnisku získali interferenčné prúžky.
Na meranie sa do jedného z ramien zavedie kompenzátor - napríklad sklenená platňa, ktorej otáčaním môžete meniť optickú dĺžku dráhy lúča v ramene. Ak je index lomu v jednom z ramien n, potom druhý neznámy index lomu je
n ′ = n + λ 0 ℓ Δ m , (\displaystyle n"=n+(\frac (\lambda _(0))(\ell ))\Delta m,)kde ℓ (\displaystyle \ell )- dĺžka kyvety s plynom, λ 0 (\displaystyle \lambda _(0)) je vlnová dĺžka zdroja svetla, ∆m (\displaystyle \Delta m)- poradie interferencií (počet interferenčných prúžkov pretínajúcich sa v danom bode). S typickými parametrami nastavenia - dĺžka článku jeden meter, vlnová dĺžka 550 nm a interferenčný rád 1/40 - možno zmerať rozdiel indexu lomu 10 -8. Citlivosť interferometra je určená dĺžkou kyvety. Jeho maximálna dĺžka je zvyčajne určená technickými možnosťami regulácie teploty, keďže tepelná
7. Rayleighov interferometer
Rayleighov pnterferometer (interferenčný refraktometer) - interferometer na meranie indexov lomu, založený na fenoméne difrakcie svetla na dvoch rovnobežných štrbinách. Schéma Rayleighovho interferometra je znázornená na (obr. 10) vo vertikálnom a horizontálnom priemete.
Jasne osvetlená štrbina malej šírky S slúži ako zdroj svetla umiestnený v ohniskovej rovine objektívu O 1 . Paralelný zväzok lúčov vychádzajúci z O 1 prechádza cez clonu D s dvomi rovnobežnými štrbinami a trubicami R 1 a R 2, do ktorých sa privádzajú skúmané plyny alebo kvapaliny. Rúry majú rovnakú dĺžku a zaberajú iba hornú polovicu priestoru medzi O 1 a objektívom ďalekohľadu O 2 . V dôsledku interferencie svetla difraktujúceho na štrbinách D clony sa v ohniskovej rovine objektívu O 2 namiesto obrazu štrbiny S vytvoria dva systémy interferenčných prúžkov, ktoré sú schematicky znázornené na obr. Horný systém pásov je tvorený lúčmi prechádzajúcimi cez rúrky R 1 a R 2 a spodný lúčmi prechádzajúcimi okolo nich. Rušivé prúžky sa pozorujú pomocou valcového okuláru O3 s krátkym ohniskom. V závislosti od rozdielu v indexoch lomu n 1 a n 2 látok umiestnených v R 1 a R 2 sa horný systém pásov posunie jedným alebo druhým smerom. Meraním veľkosti tohto miešania je možné vypočítať n 1 - n 2 . Spodný systém pásikov je pevný a od neho sa počítajú pohyby horného systému. Keď je štrbina S osvetlená bielym svetlom, stredové pásiky oboch interferenčných obrazcov sú achromatické a pásiky napravo a vľavo od nich sú farebné. To uľahčuje nájdenie stredových pásov. Meranie pohybu horného pásového systému sa vykonáva pomocou kompenzátora, ktorý zavádza dodatočný fázový rozdiel medzi lúčmi prechádzajúcimi cez R1 a R2, kým sa horný a dolný pásový systém nezhodujú. Pomocou Rayleighovho interferometra je dosiahnutá veľmi vysoká presnosť merania až na 7. a dokonca aj 8. desatinné miesto. Rayleighov interferometer sa používa na detekciu malých nečistôt vo vzduchu, vo vode, na analýzu výpalkov a plynov z pece a na iné účely.
Ultrazvukový interferometer je zariadenie na meranie fázovej rýchlosti a absorpčného koeficientu, ktorého princíp je založený na interferencii akustických vĺn. Typický ultrazvukový interferometer (obrázok...
Interferometre a ich aplikácie
Interferometer Jamin (interferenčný refraktometer) je interferometer na meranie indexov lomu plynov a kvapalín, ako aj na zisťovanie koncentrácie nečistôt vo vzduchu. Interferometer Jamin (obr. 3...
Interferometre a ich aplikácie
STAR INTERFEROMETER - interferometer na meranie uhlových veľkostí hviezd a uhlových vzdialeností medzi dvojhviezdami. Ak je uhlová vzdialenosť medzi dvoma hviezdami veľmi malá, možno ich vidieť cez ďalekohľad ako jednu hviezdu...
Interferometre a ich aplikácie
INTERFEROMETER INTENZITY - zariadenie, v ktorom sa meria korelačný koeficient intenzity žiarenia prijatého v dvoch od seba vzdialených bodoch ...
Interferometre a ich aplikácie
Michelsonov interferometer je jedným z najbežnejších kostrových obvodov interferometra, navrhnutý pre rôzne aplikácie v prípade, že priestorové zarovnanie objektov generujúcich rušivé vlny ...
Interferometre a ich aplikácie
Roždestvenského interferometer je dvojlúčový interferometer pozostávajúci z 2 zrkadiel M1, M2 a dvoch paralelných priesvitných platní P1, P2 (obr. 8.); M1, P1 a M2, P2 sú inštalované v pároch paralelne...
Interferometre a ich aplikácie
FABRY-PEROT INTERFEROMETER - multilúčový interferenčný spektrálny prístroj s dvojrozmerným rozptylom, s vysokým rozlíšením. Používa sa ako zariadenie s priestorovým rozkladom žiarenia na spektrum a fotografické...
kvantová optika
Z úvah o Stefanovom-Boltzmannovom a Wienovom zákone vyplýva, že termodynamický prístup k riešeniu problému hľadania univerzálnej Kirchhoffovej funkcie r?,T nepriniesol želané výsledky...
Vývoj názorov na povahu svetla. Fenomén interferencie svetla
Princíp interferencie možno samozrejme aplikovať nielen na pozorovania baktérií, ale aj hviezd. Je to také zrejmé...
teória modrej oblohy
Aké hypotézy neboli predložené v rôznych časoch na vysvetlenie farby oblohy. Keď sledoval, ako dym na pozadí tmavého krbu nadobúda modrastú farbu, Leonardo da Vinci napísal: „...ľahkosť nad temnotou sa stáva modrou, o to krajšou ...
čo umožňuje jeho použitie na presné určenie indexov lomu plynov pri tlaku blízkom atmosférickému (pri tomto tlaku sa zodpovedajúci index lomu líši od jednotky na štvrté až piate desatinné miesto).Paralelný lúč svetla dopadá na planparalelnú sklenenú dosku M 1, na ktorej zadnej ploche je uložené kovové zrkadlo. Ukazuje sa, že dva odrazené lúče sú priestorovo oddelené pri dostatočnej hrúbke dosky a sú nasmerované oddelene do dvoch buniek so študovaným plynom a referenčným plynom, v tomto poradí ( n 1 a n 2). Vysielané lúče sa odrážajú od jednej ďalšej sklenenej dosky M2. Ukázalo sa teda, že obidva odrazené lúče majú rovnakú intenzitu a zbiehajú sa v ohniskovej rovine šošovky L. V dôsledku toho sa na obrazovke E objaví interferenčný obrazec vodorovných pruhov. V tomto prípade pri absencii objektov s indexy lomu pozdĺž šírenia lúčov n 1 a n 2, nulové maximum interferenčného obrazca leží na osi systému. Keď sa tlak vzduchu mení, pruhy na obrazovke sa posúvajú.
| A |
| C |
| B |
Toto zariadenie zohralo veľmi dôležitú úlohu v histórii vedy. S jeho pomocou sa napríklad dokázala absencia „svetového éteru“.
Paralelný lúč svetla zo zdroja S, prechádzajúci šošovkou, dopadá na priesvitnú dosku P 1, kde je rozdelený na lúče 1 a 2. Po odraze od zrkadiel M 1 a M 2 a prechode cez dosku P 1 opäť oba lúče vstupujú do šošovky O. Optický rozdiel dráhy DL= 2(AC - AB) = 2 l, kde l- vzdialenosť medzi zrkadlom M 2 a imaginárnym obrazom M¢ 1 zrkadla M 1 v doske P 1 . Pozorovaný interferenčný obrazec je teda ekvivalentný interferencii vo vzduchovej doske hrúbky l. Ak je zrkadlo M1 umiestnené tak, že M¢1 a M2 sú rovnobežné, potom sa vytvoria pásy s rovnakým sklonom, lokalizované v ohniskovej rovine šošovky O a majúce tvar sústredných prstencov. Ak M2 a M¢1 tvoria vzduchový klin, potom sa objavia pásy rovnakej hrúbky, lokalizované v rovine klinu M2M¢1 a predstavujúce rovnobežné čiary.
Michelsonov interferometer je široko používaný vo fyzikálnych meraniach a technických prístrojoch. S jeho pomocou sa prvýkrát zmerala absolútna hodnota vlnovej dĺžky svetla a dokázala sa nezávislosť rýchlosti svetla od pohybu Zeme. Pohybom jedného zo zrkadiel Michelsonovho interferometra je možné analyzovať spektrálne zloženie dopadajúceho žiarenia. Na tomto princípe sú postavené Fourierove spektrometre, ktoré sa využívajú pre dlhovlnnú infračervenú oblasť spektra (50-1000 μm) pri riešení problémov fyziky pevných látok, organickej chémie a chémie polymérov a diagnostiky plazmy.
Michelsonov interferometer umožňuje merať dĺžky s presnosťou 20-30 nm. Prístroj sa dnes používa v astronomickom, fyzikálnom výskume, ako aj v meracej technike. Najmä Michelsonov interferometer je základom optického dizajnu moderných laserových gravitačných antén.
4. Mach-Zehnderov interferometer .Rakúsky fyzik Ernst Mach, významný výskumník aerodynamických procesov, navrhol špeciálny interferometer so širokými lúčmi a veľkou vzdialenosťou medzi zrkadlami na zaznamenávanie rázových vĺn a rázových vĺn prúdenia vzduchu okolo rôznych telies. Index lomu vzduchu v hustom prúde je vyšší ako v nenarušenom prostredí. To sa odráža v tvare interferenčných čiar.
Prednáška 15.
Huygensov-Fresnelov princíp. Metóda Fresnelovej zóny. Vektorový diagram. Difrakcia z okrúhleho otvoru a okrúhleho disku. Fraunhoferova difrakcia zo štrbiny. Limitný prechod z vlnovej optiky na geometrický.
Difrakcia - ide o jav odchýlky od priamočiareho šírenia svetla, ak nemôže byť dôsledkom odrazu, lomu alebo ohybu svetelných lúčov spôsobených priestorovou zmenou indexu lomu. V tomto prípade je odchýlka od zákonov geometrickej optiky tým menšia, čím menšia je vlnová dĺžka svetla.
Komentujte. Medzi difrakciou a interferenciou nie je zásadný rozdiel. Oba javy sú sprevádzané redistribúciou svetelného toku v dôsledku superpozície vĺn.
Príkladom difrakcie je jav, keď svetlo dopadá na nepriehľadnú prepážku s dierou. V tomto prípade je na obrazovke za priečkou v oblasti hranice geometrického tieňa pozorovaný difrakčný obrazec.
Je zvykom rozlišovať dva typy difrakcie. V prípade, že vlnu dopadajúcu na prepážku možno opísať sústavou navzájom rovnobežných lúčov (napríklad keď je zdroj svetla dostatočne vzdialený), potom sa hovorí o Fraunhoferova difrakcia alebo difrakcia v paralelných lúčoch. V iných prípadoch hovoria o Fresnelova difrakcia alebo divergentná difrakcia .
Pri popise difrakčných javov je potrebné riešiť sústavu Maxwellových rovníc s príslušnými okrajovými a počiatočnými podmienkami. Nájsť takéto riešenie je však vo väčšine prípadov veľmi ťažké. Preto sa v optike často používajú približné metódy založené na Huygensovom princípe v zovšeobecnenej formulácii Fresnela alebo Kirchhoffa.
Huygensov princíp.
Vyhlásenie Huygensovho princípu . Každý bod prostredia, ku ktorému v určitom okamihu t vlnový pohyb dosiahol, slúži ako zdroj sekundárnych vĺn. Obálka týchto vĺn udáva polohu čela vlny pri najbližšom blízkom čase t+dt. Polomery sekundárnych vĺn sa rovnajú súčinu fázovej rýchlosti svetla a časového intervalu: .
| Geometrické hranice tieňov |
Huygensov-Fresnelov princíp.
Fresnel doplnil Huygensov princíp o myšlienku interferencie sekundárnych vĺn. Z amplitúd sekundárnych vĺn, berúc do úvahy ich fázy, možno nájsť amplitúdu výslednej vlny v akomkoľvek bode priestoru.
Každý malý prvok vlnovej plochy je zdrojom sekundárnej sférickej vlny, ktorej amplitúda je úmerná hodnote prvku dS a ktorého rovnica pozdĺž lúča má tvar:
kde a 0 - koeficient úmerný amplitúde kmitov bodov na vlnovej ploche dS, - koeficient v závislosti od uhla q medzi lúčom a vektorom a taký, že keď nadobudne maximálnu hodnotu, a keď - minimálnu (blízku nule).
Výsledná oscilácia v určitom bode pozorovania R je potom určená analytickým vyjadrením Huygensovho-Fresnelovho princípu, ktorý odvodil Kirchhoff:
| dS |
Explicitný výpočet podľa tohto vzorca je dosť časovo náročný postup, preto v praxi možno použiť približné metódy na nájdenie tohto integrálu.
Na nájdenie amplitúdy oscilácie v mieste pozorovania P celú vlnovú plochu S možno rozdeliť na sekcie alebo Fresnelove zóny. Predpokladajme, že pozorujeme difrakciu v divergentných lúčoch (Fresnelova difrakcia), t.j. uvažujme o sférickej vlne šíriacej sa z nejakého zdroja L. Nechajte vlnu šíriť sa vo vákuu.
Upravme povrch vlny v určitom časovom bode t. Nech je polomer tejto plochy a. Linka LP pretína túto plochu v bode O. Predpokladajme, že vzdialenosť medzi bodmi O A R rovná sa b. z bodu R postupne odložte gule, ktorých polomery. Dve susedné gule „odrezali“ prstencové časti na povrchu vĺn, nazývané Fresnelove zóny. (Ako viete, dve gule sa pretínajú v kruhu ležiacom v rovine kolmej na priamku, na ktorej ležia stredy týchto gúľ). Nájdite vzdialenosť od bodu O na hranicu zóny s číslom m. Nech je polomer vonkajšej hranice Fresnelovej zóny r m . Pretože polomer vlnovej plochy je a, potom
Zároveň, v rovnakom čase,
Preto, kde.
Pre viditeľné vlnové dĺžky a nie príliš veľké čísla m pojem môžeme zanedbať v porovnaní s m l. Preto v tomto prípade a pre druhú mocninu polomeru dostaneme výraz: , v ktorom možno posledný člen opäť zanedbať. Potom polomer m Fresnelova zóna (pre divergentnú difrakciu):
Dôsledok. Pre difrakciu v paralelných lúčoch (Fraunhoferova difrakcia) sa polomer Fresnelových zón získa prechodom na limit a®¥:
Teraz porovnajme oblasti Fresnelových zón. Oblasť segmentu guľového povrchu ležiaceho vo vnútri m-tá zóna, ako viete, sa rovná: . Číslo zóny m uzavreté medzi hranicami zón s číslami m A m- jeden. Jeho oblasť je teda:
Po transformáciách bude mať výraz tvar: .
Ak zanedbáme hodnotu, tak z výrazu vyplýva, že pre malé čísla plocha zón nezávisí od počtu m .
| b+D |
| b+2×D |
| b+3×D |
| b+ nx D |
| P |
| O |
| zóna číslo 1 |
| číslo zóny 1.1 |
| číslo zóny 1.2 |
| číslo zóny 1.3 |
| zóna číslo 1. n atď. |
| A 1.1 |
| A 1.2 |
| A 1.3 |
| d |
| d |
| A 1.S |
Nájdenie výslednej amplitúdy v mieste pozorovania R vyrobené nasledujúcim spôsobom. Pretože emitované sekundárne vlny sú koherentné a vzdialenosti od susedných hraníc k bodu R sa líšia o polovicu vlnovej dĺžky, potom fázový rozdiel kmitov zo sekundárnych zdrojov na týchto hraniciach prichádza k bodu R, sa rovná p (hovorí sa, že oscilácie prichádzajú v protifáze). Podobne, pre akýkoľvek bod akejkoľvek zóny bude určite existovať bod v susednej zóne, z ktorej do bodu prichádzajú vibrácie. R v protifáze. Veľkosť amplitúdy vlnového vektora je úmerná ploche zóny: . Ale oblasti zón sú rovnaké as rastom počtu m uhol q sa zväčšuje, takže hodnota klesá. Preto môžeme napísať usporiadanú postupnosť amplitúd: . Na diagrame amplitúdy-vektor, berúc do úvahy fázový rozdiel, je táto sekvencia znázornená opačne orientovanými vektormi, preto
Rozdeľme prvú zónu na veľké číslo N vnútorné zóny rovnakým spôsobom ako vyššie, ale teraz vzdialenosti od hraníc dvoch susedných vnútorných zón k bodu R sa bude líšiť o malú čiastku. Preto je fázový rozdiel vĺn prichádzajúcich do bodu R, bude malý. Na diagrame amplitúdového vektora bude vektor amplitúdy z každej z vnútorných zón otočený o malý uhol d vzhľadom na predchádzajúcu, takže amplitúda celkovej oscilácie z niekoľkých prvých vnútorných zón bude zodpovedať vektorovému spojovaciemu začiatok a koniec prerušovanej čiary. S nárastom počtu vnútornej zóny sa celkový fázový rozdiel zvýši a na hranici prvej zóny sa rovná p. To znamená, že vektor amplitúdy z poslednej vnútornej zóny smeruje opačne k vektoru amplitúdy z prvej vnútornej zóny. V limite nekonečne veľkého počtu vnútorných zón bude táto prerušovaná čiara prechádzať do časti špirály.
| F |
Z obrázku je vidieť, že pre amplitúdu z prvej zóny je možné získať odhad: teda intenzita z prvej zóny je 4-krát väčšia ako intenzita dopadajúcej vlny. Rovnosť sa dá interpretovať aj inak.
Ak pre nekonečný počet otvorených zón je celková amplitúda zapísaná ako: ,
kde m je párne číslo, potom z rovnosti vyplýva nasledujúci odhad: .
Komentujte. Ak nejako zmeníme fázy kmitov v bode R z párnych alebo nepárnych zón na p, alebo na uzavretie párnych alebo nepárnych zón, potom sa celková amplitúda zvýši v porovnaní s amplitúdou otvorenej vlny. Táto nehnuteľnosť má zónová doska - planparalelná sklenená doska s vyrytými sústrednými kružnicami, ktorých polomery sa zhodujú s polomermi Fresnelových zón. Zónová platňa „vypne“ párne alebo nepárne Fresnelove zóny, čo vedie k zvýšeniu intenzity svetla v mieste pozorovania.
Difrakcia v kruhovom otvore.
Úvaha uvedená vyššie nám umožňuje dospieť k záveru, že amplitúda oscilácií v bode R závisí od počtu Fresnelových zón. Ak je pre bod pozorovania otvorený nepárny počet Fresnelových zón, potom bude v tomto bode maximálna intenzita. Ak je otvorený párny počet zón, potom minimálna intenzita.
Difrakčný obrazec z okrúhleho otvoru má podobu striedajúcich sa svetlých a tmavých prstencov.
So zväčšením polomeru otvoru (a zvýšením počtu Fresnelových zón) sa bude striedanie tmavých a svetlých prstencov pozorovať iba v blízkosti hranice geometrického tieňa a vo vnútri sa osvetlenie prakticky nezmení.
Malá difrakcia disku.
Zoberme si schému experimentu, v ktorej je na dráhe svetelnej vlny umiestnený nepriehľadný okrúhly disk, ktorého polomer je úmerný polomerom prvých Fresnelových zón.
Aby sme zvážili difrakčný obrazec, okrem obvyklých zón vytvárame ďalšie zóny z okraja disku.
| b |
| b+ (l/2) |
| b+2 (l/2) |
| b+3 (l/2) |
| P |
| O |
| L |
| zóna č.3 zóna č.2 zóna č.1 atď. |
| a |
Fresnelove zóny od okraja disku budú postavené podľa predchádzajúceho princípu - vzdialenosti od hraníc dvoch susedných zón k pozorovaciemu bodu sa líšia o polovicu vlnovej dĺžky. Amplitúda v pozorovacom bode
s prihliadnutím na hodnotenie bude rovnaké. V dôsledku toho bude v bode pozorovania, v strede geometrického tieňa, vždy jasný bod - maximálna intenzita. Toto miesto sa nazýva Poissonovo miesto.
Príklad. Na nepriehľadnom disku s priem D\u003d 0,5 cm, rovinná monochromatická vlna padá normálne, ktorej dĺžka je l \u003d 700 nm. Nájdite priemer otvoru v strede disku, pri ktorom je intenzita svetla v bode R obrazovka (na osi systému) sa bude rovnať nule. Vzdialenosť medzi diskom a obrazovkou L= 2,68 m.
Riešenie. Nájdite počet bežných Fresnelových zón, ktoré sú pokryté diskom. Číslo zóny sa zistí zo vzorca pre polomer Fresnelových zón pre Fraunhoferovu difrakciu: , .
| A3.33 |
| F |
| 30 0 |
| A |
FEDERÁLNA AGENTÚRA PRE VZDELÁVANIE
ŠTÁTNA VZDELÁVACIA INŠTITÚCIA VYSOKÉHO ODBORNÉHO VZDELÁVANIA
DO ŠTÁTNEJ TECHNICKEJ UNIVERZITY
Katedra fyziky
Stanovenie koncentrácie roztokov pomocou Rayleighovho interferometra
Pokyny pre laboratórnu prácu № 12
vo fyzike
(sekcia "Optika")
Rostov na Done 2011
Zostavil: doktor technických vied prof. S.I. Egorova,
Ph.D., doc. I.N. Jegorov,
kandidát fyzikálnych a matematických vied, doc. G.F. Lemeshko.
"Stanovenie koncentrácie roztokov pomocou Rayleighovho interferometra": Metóda. inštrukcie. - Rostov n / a: Edičné stredisko DSTU, 2011. - 8 s.
Zverejnené rozhodnutím Metodickej komisie Fakulty nanotechnológií a kompozitných materiálov
Vedecký redaktor prof., d.t.s. V.S. Kunakov
© Vydavateľské stredisko DSTU, 2011
Cieľ: 1. Preštudovať princíp činnosti Rayleighovho interferometra.
2. Študujte javy interferencie pomocou Rayleighovho interferometra.
3. Určte koncentráciu etylalkoholu vo vode.
Vybavenie: Rayleighov interferometer, kyvety s testovacími roztokmi.
Stručná teória
Rušenie - ide o superpozíciu koherentných vĺn, pri ktorých dochádza k priestorovej redistribúcii svetelného toku, v dôsledku čoho sa niekde objavujú maximá, inde minimá v intenzite svetla.
koherentný nazývané vlny rovnakej frekvencie a konštantného fázového rozdielu. Na získanie koherentných vĺn je potrebné rozdeliť svetelný lúč vychádzajúci z jedného zdroja.
Interferenčný obrazec možno získať pomocou zariadenia ITR-1, ktoré je založené na schéme Rayleighovho interferometra, v ktorom sa interferenčný obrazec získava z dvoch koherentných svetelných lúčov prechádzajúcich cez dve paralelné štrbiny (obr. 1).
svetlo zo zdroja 1 (žiarovka) sa montuje pomocou kondenzátora na štrbinu 2 umiestnený v ohniskovej rovine šošovky kolimátora 3 . Paralelný zväzok lúčov vychádzajúci zo šošovky je oddelený dvomi apertúrnymi štrbinami 4 . Tieto štrbiny možno považovať za dva zdroje sekundárnych svetelných vĺn, ktoré sú koherentné.
Cez šošovku prechádzajú koherentné svetelné lúče 6 , navyše horná časť lúčov prechádza cez kyvety 5 (obr. 1) a spodná časť smeruje priamo do šošovky. Výsledkom je, že dva páry koherentných lúčov zasahujú do ohniskovej roviny objektívu. Interferenčný obrazec vytvorený z dvoch štrbín je systémom tmavých a svetlých pásov. Poloha tmavého (minimálne podmienky) alebo svetlého (maximálne podmienky) pásma je určená rozdielom optickej dráhy rušivých lúčov:
- maximálny stav, (1)
- minimálny stav, (2)
kde 
- rozdiel optickej dráhy, ktorý sa rovná rozdielu dĺžok optickej dráhy, t.j. 
,
(3)
tu 
- indexy lomu, 
- cesty, po ktorých prechádza svetlo, 
- vlnová dĺžka svetla 
- poradie maxima alebo minima.
Pozorovanie sa vykonáva cez okulár 7 (obr. 1).
Interferenčný obrazec je znázornený na obr.2. Lúče prechádzajúce kyvetami tvoria spodný interferenčný obrazec a lúče prechádzajúce kyvetami tvoria horný. Ďalší rozdiel v dráhe lúčov v kyvetách spôsobuje posunutie horného systému voči spodnému. Ak sú bunky naplnené plynmi alebo kvapalinami s rôznymi indexmi lomu, objaví sa dodatočný rozdiel dráhy, určený vzorcom (3).
Pomocou kompenzačného zariadenia je možné pásové systémy kombinovať (obr. 3).
V tejto práci sú kyvety rovnakej dĺžky ( 
). Jeden z nich obsahuje destilovanú vodu a druhý obsahuje roztok etylalkoholu vo vode. Preto ďalší rozdiel v dráhe lúčov:
,
(4)
kde 
- dĺžka kyvety, 
sú indexy lomu roztoku a destilovanej vody.
Rayleighov interferometer
Rayleighov pnterferometer (interferenčný refraktometer) - interferometer na meranie indexov lomu, založený na fenoméne difrakcie svetla na dvoch rovnobežných štrbinách. Schéma Rayleighovho interferometra je znázornená na (obr. 10) vo vertikálnom a horizontálnom priemete.
Jasne osvetlená štrbina malej šírky S slúži ako zdroj svetla umiestnený v ohniskovej rovine objektívu O 1 . Paralelný zväzok lúčov vychádzajúci z O 1 prechádza cez clonu D s dvomi rovnobežnými štrbinami a trubicami R 1 a R 2, do ktorých sa privádzajú skúmané plyny alebo kvapaliny. Rúry majú rovnakú dĺžku a zaberajú iba hornú polovicu priestoru medzi O 1 a objektívom ďalekohľadu O 2 . V dôsledku interferencie svetla difraktujúceho na štrbinách D clony sa v ohniskovej rovine objektívu O 2 namiesto obrazu štrbiny S vytvoria dva systémy interferenčných prúžkov, ktoré sú schematicky znázornené na obr. Horný systém pásov je tvorený lúčmi prechádzajúcimi cez rúrky R 1 a R 2 a spodný lúčmi prechádzajúcimi okolo nich. Rušivé prúžky sa pozorujú pomocou valcového okuláru O3 s krátkym ohniskom. V závislosti od rozdielu v indexoch lomu n 1 a n 2 látok umiestnených v R 1 a R 2 sa horný systém pásov posunie jedným alebo druhým smerom. Meraním veľkosti tohto miešania je možné vypočítať n 1 - n 2 . Spodný systém pásikov je pevný a od neho sa počítajú pohyby horného systému. Keď je štrbina S osvetlená bielym svetlom, stredové pásiky oboch interferenčných obrazcov sú achromatické a pásiky napravo a vľavo od nich sú farebné. To uľahčuje nájdenie stredových pásov. Meranie pohybu horného pásového systému sa vykonáva pomocou kompenzátora, ktorý zavádza dodatočný fázový rozdiel medzi lúčmi prechádzajúcimi cez R1 a R2, kým sa horný a dolný pásový systém nezhodujú. Pomocou Rayleighovho interferometra je dosiahnutá veľmi vysoká presnosť merania až na 7. a dokonca aj 8. desatinné miesto. Rayleighov interferometer sa používa na detekciu malých nečistôt vo vzduchu, vo vode, na analýzu výpalkov a plynov z pece a na iné účely.
Fabry-Perotov interferometer
FABRY-PEROT INTERFEROMETER - multilúčový interferenčný spektrálny prístroj s dvojrozmerným rozptylom, s vysokým rozlíšením. Používa sa ako zariadenie s priestorovým rozkladom žiarenia na spektrum a fotogr. registráciou a ako snímacie zariadenie s fotoelektrickou registráciou. Fabry-Perotov interferometer je planparalelná vrstva opticky homogénneho priehľadného materiálu ohraničená odraznými rovinami. Najpoužívanejší vzduchový Fabry-Perotov interferometer pozostáva z dvoch sklenených alebo kremenných doštičiek umiestnených v určitej vzdialenosti d od seba (obr. 11.). Na roviny smerujúce k sebe sú nanesené vysoko reflexné povlaky (vyrobené s presnosťou 0,01 vlnovej dĺžky). medzi kolimátormi je umiestnený Fabry-Perotov interferometer; v ohniskovej rovine vstupného kolimátora je inštalovaná osvetlená clona, ktorá slúži ako zdroj svetla pre Fabry-Perotov interferometer. Rovinná vlna dopadajúca na Fabry-Perotov interferometer v dôsledku viacnásobných odrazov od zrkadiel a čiastočného výstupu po každom odraze sa rozdelí na veľký počet rovinných koherentných vĺn, ktoré sa líšia amplitúdou a fázou. Amplitúda koherentných vôlí klesá podľa zákona geometrickej progresie a rozdiel medzi každým susedným párom koherentných vôlí idúcich v danom smere je konštantný a rovný
kde n je index lomu prostredia medzi zrkadlami (pre vzduch n=1), u je uhol medzi lúčom a normálou k zrkadlám. Po prechode šošovkou výstupného kolimátora koherentné vlny interferujú v jeho ohniskovej rovine F a vytvárajú priestorový interferenčný obrazec vo forme prstencov s rovnakým sklonom (obr. 12). Rozloženie intenzity (osvetlenosti) v interferenčnom obrazci je opísané výrazom
I \u003d f k BTu / f 2 2,
kde B je jas zdroja, f k je priepustnosť šošoviek kolimátorov. y je plocha prierezu axiálneho paralelného lúča, f 2 je ohnisková vzdialenosť šošovky výstupného kolimátora, T je prenosová funkcia interferometra Fabry-Perot.
T= T max (1+z 2 sin 2 k?) -1
Kde T max \u003d, k \u003d 2r / l
h \u003d 2 / (1- s), f, c a a sú koeficienty priepustnosti, odrazu a absorpcie zrkadiel a f + c + a \u003d 1.
Prenosová funkcia T, a teda rozloženie intenzity, má oscilačný charakter s ostrými maximami intenzity (obr. 13), ktorých poloha je určená z podmienky
kde m (celé číslo) je rád spektra, l je vlnová dĺžka. V strede medzi susednými maximami má funkcia T minimá
Keďže poloha interferenčných maxím závisí od uhla a jemu rovná uhlu h výstupu lúčov z druhej sklenenej dosky, interferenčný obrazec má tvar sústredných prstencov (obr. 12.), určených z obr. stav lokalizovaný v oblasti geometrického obrazu vstupného diagramu (obr. 11) .
Polomer týchto prstencov je rovnaký, z čoho vyplýva, že pri m = const existuje jednoznačná závislosť medzi r t a l a preto Fabry-Perotov interferometer vytvára priestorové rozšírenie žiarenia do spektra. Lineárna vzdialenosť medzi maximami susedných krúžkov a šírkou týchto krúžkov (obr. 13.) sa s narastajúcim polomerom zmenšuje, t. j. so zväčšovaním r t sa interferenčné krúžky zužujú a hrubnú. Šírka prstencov?r závisí aj od koeficientu odrazu c a klesá so zvyšujúcim sa c.
Svietivosť skutočného Fabryho-Perotovho interferometra je niekoľko stokrát väčšia ako svietivosť difrakčného spektrometra s rovnakým rozlíšením, čo je jeho výhoda. Pretože Fabryho-Perotov interferometer s vysokým rozlíšením má veľmi malú disperznú oblasť, pri práci s ním je potrebná predbežná monochromatizácia, aby bola šírka skúmaného spektra menšia ako ?l. Na tento účel sa často používajú zariadenia s krížovou disperziou, ktoré kombinujú Fabry-Perotov interferometer s hranolovým alebo difrakčným spektrografom tak, že smery disperzie Fabryho-Perotovho interferometra a spektrografu sú navzájom kolmé. Niekedy sa na zväčšenie oblasti disperzie používa systém dvoch Fabry-Perotových interferometrov umiestnených za sebou s rôznymi vzdialenosťami d, takže ich pomer d 1 / d 2 je rovný celému číslu. Potom sa oblasť disperzie 1 určí "tenším" Fabry-Perotovým interferometrom a rozlišovacia schopnosť sa určí "hrubším". Pri inštalácii dvoch rovnakých Fabry-Perot interferometrov sa zvyšuje rozlišovacia schopnosť a zvyšuje sa kontrast interferenčného obrazca.
Fabry-Perot interferometre sú široko používané v ultrafialovej, viditeľnej a infračervenej oblasti spektra na štúdium jemnej a hyperjemnej štruktúry spektrálnych čiar, na štúdium vidovej štruktúry laserového žiarenia atď. Fabry-Perot interferometer sa používa aj ako rezonátor v laseroch.
Načítava...