Një rreze paralele drite bie mbi një pllakë xhami M 1 rrafshore paralele, në sipërfaqen e pasme të së cilës është vendosur një pasqyrë metalike. Dy rreze të reflektuara rezultojnë të jenë të ndara hapësinor në një trashësi të mjaftueshme të pllakës dhe drejtohen veçmas në dy qeliza me gazin e studiuar dhe gazin referues, përkatësisht ( n 1 dhe n 2). Trarët e transmetuar reflektohen nga një tjetër e së njëjtës pllakë xhami M 2 . Kështu, të dy rrezet e reflektuara rezultojnë të jenë të barabarta në intensitet dhe konvergojnë në rrafshin fokal të thjerrëzës L. Si rezultat, në ekranin E shfaqet një model interferenci me vija horizontale. Në këtë rast, në mungesë të objekteve me indekset e thyerjes përgjatë përhapjes së trarëve n 1 dhe n 2, maksimumi zero i modelit të ndërhyrjes qëndron në boshtin e sistemit. Kur presioni i ajrit ndryshon, shiritat në ekran zhvendosen.
| A |
| C |
| B |
Kjo pajisje ka luajtur një rol shumë të rëndësishëm në historinë e shkencës. Me ndihmën e tij, për shembull, u vërtetua mungesa e një "eteri botëror".
Një rreze paralele drite nga burimi S, duke kaluar përmes thjerrëzës, bie mbi një pllakë të tejdukshme P 1, ku ndahet në rrezet 1 dhe 2. Pas reflektimit nga pasqyrat M 1 dhe M 2 dhe duke kaluar nëpër pllakën P 1 përsëri, të dy rrezet hyjnë në thjerrëzën O. Diferenca e udhëtimit optik DL= 2(AC - AB) = 2 l, ku l- distanca ndërmjet pasqyrës M 2 dhe imazhit imagjinar M¢ 1 të pasqyrës M 1 në pllakën P 1 . Kështu, modeli i interferencës së vëzhguar është i barabartë me ndërhyrjen në një pllakë ajri me trashësi l. Nëse pasqyra M 1 është e vendosur në mënyrë që M¢ 1 dhe M 2 të jenë paralele, atëherë formohen breza me pjerrësi të barabartë, të lokalizuara në rrafshin fokal të thjerrëzës O dhe që kanë formën e unazave koncentrike. Nëse M 2 dhe M¢ 1 formojnë një pykë ajri, atëherë shfaqen shirita me trashësi të barabartë, të lokalizuara në rrafshin e pykës M 2 M¢ 1 dhe që përfaqësojnë vija paralele.
Interferometri Michelson përdoret gjerësisht në matjet fizike dhe instrumentet teknike. Me ndihmën e tij, vlera absolute e gjatësisë së valës së dritës u mat për herë të parë dhe u vërtetua pavarësia e shpejtësisë së dritës nga lëvizja e Tokës. Duke lëvizur një nga pasqyrat e interferometrit Michelson, bëhet e mundur të analizohet përbërja spektrale e rrezatimit rënës. Mbi këtë parim janë ndërtuar spektrometritë Furier, të cilët përdoren për rajonin infra të kuqe me valë të gjatë të spektrit (50-1000 μm) në zgjidhjen e problemeve të fizikës së gjendjes së ngurtë, kimisë organike dhe kimisë së polimerit, si dhe diagnostikimit të plazmës.
Interferometri Michelson bën të mundur matjen e gjatësive me një saktësi prej 20-30 nm. Pajisja përdoret sot në kërkime astronomike, fizike, si dhe në teknologjinë matëse. Në veçanti, interferometri Michelson qëndron në themel të dizajnit optik të antenave gravitacionale moderne me lazer.
4. Interferometër Mach-Zehnder .Fizikani austriak Ernst Mach, një studiues i madh i proceseve aerodinamike, projektoi një interferometër të veçantë me rreze të gjera dhe një distancë të madhe midis pasqyrave për të regjistruar valët goditëse dhe valët goditëse të rrjedhave të ajrit rreth trupave të ndryshëm. Indeksi i thyerjes së ajrit në një rrjedhë të dendur është më i lartë se në një mjedis të patrazuar. Kjo reflektohet në formën e linjave të ndërhyrjes.
Leksioni 15.
Parimi Huygens-Fresnel. Metoda e zonës Fresnel. Diagrami vektorial. Difraksioni nga një vrimë e rrumbullakët dhe një disk i rrumbullakët. Difraksioni i Fraunhoferit nga një çarje. Kufizoni kalimin nga optika valore në gjeometrike.
Difraksioni - ky është fenomeni i devijimit nga përhapja drejtvizore e dritës, nëse nuk mund të jetë pasojë e reflektimit, thyerjes ose përkuljes së rrezeve të dritës, të shkaktuar nga një ndryshim hapësinor i indeksit të thyerjes. Në këtë rast, devijimi nga ligjet e optikës gjeometrike është sa më i vogël, aq më i vogël është gjatësia e valës së dritës.
Koment. Nuk ka asnjë ndryshim thelbësor midis difraksionit dhe ndërhyrjes. Të dy fenomenet shoqërohen nga një rishpërndarje e fluksit të dritës si rezultat i mbivendosjes së valëve.
Një shembull i difraksionit është fenomeni kur drita bie mbi një ndarje të errët me një vrimë. Në këtë rast, një model difraksioni vërehet në ekranin prapa ndarjes në rajonin e kufirit të hijes gjeometrike.
Është e zakonshme të bëhet dallimi midis dy llojeve të difraksionit. Në rastin kur goditja e valës në ndarje mund të përshkruhet nga një sistem rrezesh paralel me njëri-tjetrin (për shembull, kur burimi i dritës është mjaft larg), atëherë flitet për Difraksioni i Fraunhoferit ose difraksioni në trarët paralelë. Në raste të tjera, ata flasin për Difraksioni i Fresnelit ose difraksioni divergjent .
Kur përshkruhen dukuritë e difraksionit, është e nevojshme të zgjidhet sistemi i ekuacioneve të Maksuellit me kufirin përkatës dhe kushtet fillestare. Megjithatë, gjetja e një zgjidhjeje të tillë në shumicën e rasteve është shumë e vështirë. Prandaj, metodat e përafërta të bazuara në parimin e Huygens në formulimin e përgjithësuar të Fresnel ose Kirchhoff përdoren shpesh në optikë.
Parimi i Huygens.
Deklarata e parimit të Huygens . Çdo pikë e mjedisit, tek e cila në një moment në kohë t lëvizja valore ka arritur, shërben si burim i valëve dytësore. Zarfi i këtyre valëve jep pozicionin e ballit të valës në kohën e ardhshme të mbylljes t+dt. Rrezet e valëve dytësore janë të barabarta me prodhimin e shpejtësisë fazore të dritës dhe intervalit kohor: .
| Kufijtë gjeometrikë të hijes |
Parimi Huygens-Fresnel.
Fresnel plotësoi parimin e Huygens me idenë e ndërhyrjes së valëve dytësore. Nga amplituda e valëve dytësore, duke marrë parasysh fazat e tyre, mund të gjendet amplituda e valës që rezulton në çdo pikë të hapësirës.
Çdo element i vogël i sipërfaqes së valës është një burim i një vale dytësore sferike, amplituda e së cilës është proporcionale me vlerën e elementit. dS dhe ekuacioni i të cilit përgjatë rrezes ka formën:
ku a 0 - koeficienti proporcional me amplituda e lëkundjeve të pikave në sipërfaqen e valës dS, - koeficienti në varësi të këndit q ndërmjet rrezes dhe vektorit, dhe i tillë që kur merr vlerën maksimale, dhe kur - minimumin (afër zeros).
Lëkundje që rezulton në një pikë të vëzhgimit R më pas përcaktohet nga shprehja analitike e parimit Huygens-Fresnel, i cili u përftua nga Kirchhoff:
| dS |
Llogaritja e qartë sipas kësaj formule është një procedurë mjaft kohë, prandaj, në praktikë, mund të përdoren metoda të përafërta për gjetjen e këtij integrali.
Për të gjetur amplituda e lëkundjes në pikën e vëzhgimit P të gjithë sipërfaqen e valës S mund të ndahet në seksione ose zona Fresnel. Le të supozojmë se po vëzhgojmë difraksionin në rrezet divergjente (Difraksioni Fresnel), d.m.th. konsideroni një valë sferike që përhapet nga një burim i caktuar L. Lëreni valën të përhapet në vakum.
Le të rregullojmë sipërfaqen e valës në një moment në kohë t. Le të jetë rrezja e kësaj sipërfaqeje a. Linjë LP kryqëzon këtë sipërfaqe në një pikë RRETH. Le të supozojmë se distanca midis pikave RRETH Dhe R barazohet b. nga pika R radhiten mënjanë sferat rrezet e të cilave. Dy sfera fqinje "prenë" seksione unazore në sipërfaqen e valës, të quajtura zona Fresnel. (Siç e dini, dy sfera kryqëzohen në një rreth të shtrirë në një rrafsh pingul me vijën në të cilën shtrihen qendrat e këtyre sferave). Gjeni distancën nga një pikë RRETH në kufirin e zonës me numrin m. Le të jetë rrezja e kufirit të jashtëm të zonës Fresnel r m . Sepse rrezja e sipërfaqes së valës është a, pastaj
Në të njëjtën kohë, në të njëjtën kohë,
Prandaj, ku.
Për gjatësi vale të dukshme dhe numra jo shumë të mëdhenj m mund ta neglizhojmë termin në krahasim me m l. Prandaj, në këtë rast, dhe për katrorin e rrezes, fitojmë shprehjen: , në të cilën termi i fundit përsëri mund të neglizhohet. Pastaj rrezja m Zona e Fresnel-it (për difraksionin divergjent):
Pasoja. Për difraksionin në trarët paralelë (difraksioni Fraunhofer), rrezja e zonave të Fresnel-it fitohet duke kaluar në kufi. a®¥:
Tani le të krahasojmë zonat e zonave të Fresnel. Zona e një segmenti të një sipërfaqe sferike që shtrihet brenda m-zona, siç e dini, është e barabartë me: . Numri i zonës m i mbyllur midis kufijve të zonave me numra m Dhe m-një. Pra, zona e saj është:
Pas shndërrimeve shprehja do të marrë formën: .
Nëse neglizhojmë vlerën, atëherë nga shprehja del se për numra të vegjël, sipërfaqja e zonave nuk varet nga numri m .
| b+D |
| b+2×D |
| b+3×D |
| b+ n× D |
| P |
| O |
| zona numër 1 |
| zona numër 1.1 |
| zona numër 1.2 |
| zona numër 1.3 |
| zona numër 1. n etj. |
| A 1.1 |
| A 1.2 |
| A 1.3 |
| d |
| d |
| A 1.S |
Gjetja e amplitudës që rezulton në pikën e vëzhgimit R prodhuar në mënyrën e mëposhtme. Sepse valët dytësore të emetuara janë koherente dhe distancat nga kufijtë fqinjë deri në pikën R ndryshojnë me gjysmën e gjatësisë valore, pastaj diferenca e fazës së lëkundjeve nga burimet dytësore në këto kufij, duke ardhur në pikën R, është e barabartë me p (lëkundjet thuhet se vijnë në antifazë). Në mënyrë të ngjashme, për çdo pikë të çdo zone, patjetër do të ketë një pikë në zonën fqinje, dridhjet nga e cila vijnë në pikën R në antifazë. Madhësia e amplitudës së vektorit të valës është proporcionale me sipërfaqen e zonës: . Por zonat e zonave janë të njëjta dhe me rritjen e numrit m këndi q rritet, pra vlera zvogëlohet. Prandaj, ne mund të shkruajmë një sekuencë të renditur të amplitudave: . Në diagramin amplitudë-vektor, duke marrë parasysh ndryshimin e fazës, kjo sekuencë përshkruhet nga vektorë të drejtuar në të kundërt, prandaj
Le ta ndajmë zonën e parë në një numër të madh N zonat e brendshme në të njëjtën mënyrë si më sipër, por tani distancat nga kufijtë e dy zonave të brendshme ngjitur me pikën R do të ndryshojnë me një sasi të vogël. Prandaj, diferenca fazore e valëve që mbërrijnë në pikë R, do të jetë i vogël. Në diagramin amplitudë-vektor, vektori i amplitudës nga secila prej zonave të brendshme do të rrotullohet me një kënd të vogël d në krahasim me atë të mëparshëm, prandaj, amplituda e lëkundjes totale nga disa zona të para të brendshme do të korrespondojë me vektorin që lidh fillimi dhe fundi i vijës së thyer. Me një rritje të numrit të zonës së brendshme, diferenca totale e fazës do të rritet dhe në kufirin e zonës së parë do të bëhet e barabartë me p. Kjo do të thotë që vektori i amplitudës nga zona e fundit e brendshme është e drejtuar në kundërshtim me vektorin e amplitudës nga zona e parë e brendshme. Në kufirin e një numri pafundësisht të madh zonash të brendshme, kjo vijë e thyer do të kalojë në një pjesë të një spiraleje.
| F |
Nga figura mund të shihet se për amplituda nga zona e parë, mund të merret një vlerësim: , pra, intensiteti nga zona e parë është 4 herë më i madh se intensiteti i valës rënëse. Barazia mund të interpretohet në një mënyrë tjetër.
Nëse për një numër të pafund zonash të hapura amplituda totale shkruhet si:
ku mështë numër çift, atëherë nga barazia rrjedh vlerësimi i mëposhtëm: .
Koment. Nëse ndryshojmë disi fazat e lëkundjeve në pikë R nga zonat çift ose tek në p, ose për të mbyllur zonat çift ose tek, atëherë amplituda totale do të rritet në krahasim me amplitudën e valës së hapur. Kjo pronë ka pjatë e zonës - një pllakë xhami plan-paralele me rrathë koncentrikë të gdhendur, rrezet e së cilës përkojnë me rrezet e zonave të Fresnel. Pllaka e zonës "fik" zona Fresnel çift ose tek, gjë që çon në një rritje të intensitetit të dritës në pikën e vëzhgimit.
Difraksioni në një vrimë rrethore.
Arsyetimi i dhënë më sipër na lejon të konkludojmë se amplituda e lëkundjeve në pikë R varet nga numri i zonave Fresnel. Nëse një numër tek i zonave Fresnel është i hapur për një pikë vëzhgimi, atëherë do të ketë një intensitet maksimal në këtë pikë. Nëse një numër çift zonash është i hapur, atëherë intensiteti minimal.
Modeli i difraksionit nga një vrimë e rrumbullakët ka formën e unazave të alternuara të dritës dhe të errët.
Me një rritje të rrezes së vrimës (dhe një rritje të numrit të zonave Fresnel), alternimi i unazave të errëta dhe të lehta do të vërehet vetëm afër kufirit të hijes gjeometrike, dhe brenda ndriçimit praktikisht nuk do të ndryshojë.
Difraksion i vogël i diskut.
Le të shqyrtojmë skemën e eksperimentit, në të cilin një disk i rrumbullakët i errët ndodhet në rrugën e valës së dritës, rrezja e të cilit është në përpjesëtim me rrezet e zonave të para të Fresnel.
Për të marrë në konsideratë modelin e difraksionit, përveç zonave të zakonshme, ne ndërtojmë zona shtesë nga skaji i diskut.
| b |
| b+(l/2) |
| b+2 (l/2) |
| b+3 (l/2) |
| P |
| O |
| L |
| zona nr.3 zona nr.2 zona nr.1 etj. |
| a |
Zonat Fresnel nga buza e diskut do të ndërtohen sipas parimit të mëparshëm - distancat nga kufijtë e dy zonave fqinje deri në pikën e vëzhgimit ndryshojnë me gjysmën e gjatësisë së valës. Amplituda në pikën e vëzhgimit
duke marrë parasysh vlerësimi do të jetë i barabartë. Rrjedhimisht, në pikën e vëzhgimit, në qendër të hijes gjeometrike, do të ketë gjithmonë një pikë të ndritshme - intensitetin maksimal. Ky vend quhet Pika Poisson.
Shembull. Në një disk të errët me një diametër D\u003d 0,5 cm, një valë e rrafshët monokromatike bie normalisht, gjatësia e së cilës është l \u003d 700 nm. Gjeni diametrin e vrimës në qendër të diskut, në të cilën intensiteti i dritës në pikë R ekrani (në boshtin e sistemit) do të jetë i barabartë me zero. Distanca midis diskut dhe ekranit L=2,68 m.
Zgjidhje. Gjeni numrin e zonave të zakonshme Fresnel që mbulohen nga disku. Numri i zonës gjendet nga formula për rrezen e zonave Fresnel për difraksionin Fraunhofer: , .
| A3.33 |
| F |
| 30 0 |
| A |
Interferometër Rayleigh
Animacion
Përshkrim
Interferometri Rayleigh është një nga pajisjet më të ndjeshme të ndërhyrjes ndaj ndryshimit në inkursionet fazore të valëve, i cili lejon që ai të përdoret për të përcaktuar me saktësi indekset e thyerjes së gazeve në një presion afër atmosferës (në këtë presion, indeksi përkatës i thyerjes ndryshon nga njësia në numrin e katërt në të pestën dhjetore) .
Një paraqitje skematike e dizajnit të interferometrit Rayleigh është paraqitur në fig. një.
Paraqitja skematike e dizajnit të interferometrit Rayleigh
Oriz. një
Një rreze drite nga një burim pothuajse pika S, e cila është në fokusin e thjerrëzës, shndërrohet nga kjo lente në një rreze paralele. Më tej, pas thjerrëzave, ekziston një diafragmë me dy vrima simetrike rreth boshtit kryesor të sistemit - burimet dytësore S 1 dhe S 2, duke formuar dy trarë të hollë paralelë. Këto rreze më pas fokusohen nga një lente e dytë në një ekran të vendosur në planin e tij fokal. Rezultati është një model ndërhyrjeje me vija horizontale, siç tregohet në figurë. Në këtë rast, në mungesë të objekteve shtesë me indekse refraktive n 1 (një qelizë me gazin në studim) dhe n 2 (një kompensues i zhvendosjes së fazës me një zhvendosje të njohur të kontrolluar të fazës së rrezatimit optik në të), maksimumi zero i modeli i ndërhyrjes qëndron në boshtin e sistemit. Maksimumi zero është maksimumi që korrespondon me diferencën e rrugës zero D të valëve që formojnë modelin e ndërhyrjes. Kur përdorni rrezatim me brez të gjerë (për shembull, drita natyrale), ai dallohet lehtësisht nga maksimumi i rendit më të lartë m:
D \u003d m l 0,
ku l 0 është gjatësia e valës qendrore të spektrit të rrezatimit.
Në të vërtetë, është e lehtë të kuptohet se është e vetmja që ka ngjyrën fillestare të bardhë, ndërsa maksimumet e rendit më të lartë janë "të shtrirë në spektër" për faktin se kushtet maksimale arrihen në zhvendosje të ndryshme nga qendra e modeli për gjatësi vale të ndryshme të spektrit të rrezes.
Nëse tani futim në dy rreze që përhapen në hapësirën e ndërthurjes (të ashtuquajturat krahë të interferometrit) një qelizë me gjatësi L me gazin në studim n 1 dhe një vonesë optike të kontrolluar n 2 (për shembull, e njëjta qelizë me një gaz të Indeksi i thyerjes varet nga presioni është i njohur), atëherë trarët do të marrin një ndryshim shtesë të rrugës:
D 1 \u003d L (n 2 -n 1 ).
Kështu, skaji zero i modelit të ndërhyrjes do të zhvendoset dhe qendra e fushës do të bëhet me ngjyrë.
Për të "rikthyer figurën në vendin e vet", është e nevojshme të barazohen indekset e thyerjes së gazit të studiuar dhe gazit referues në dy kuveta, gjë që arrihet duke ndryshuar presionin e kësaj të fundit. Si rezultat, pasi kemi rikthyer qendrën e brezit zero "të bardhë" (dhe kjo mund të bëhet me saktësi të lartë, në rendin e 1/40 të brezit, D m Ј 1/40 ), marrim informacion të saktë rreth indeksi i thyerjes së gazit në studim. Instrumentet reale, të bëra sipas skemës së interferometrit Rayleigh, bëjnë të mundur matjen e dallimeve në indeksin e thyerjes nga uniteti sipas formulës:
(n-1)= l 0 D m/L » 10 -8 .
Koha
Koha e fillimit (log në -8 në -7);
Jetëgjatësia (log tc -7 deri në 15);
Koha e degradimit (log td -8 në -7);
Koha optimale e zhvillimit (log tk -6 deri -5).
Diagramë:
Realizimet teknike të efektit
Duke përdorur përfundimet e teorisë së difraksionit, mund të argumentohet se drita nga burimet dytësore në eksperimentin e Young ka intensitetin më të lartë në drejtim të rrezeve gjeometrike nga burimi parësor. Në eksperimentin e Young, këto rreze ndryshojnë prapa ekranit, por me ndihmën e një lente të vendosur përpara vrimave (Fig. 7.12), ato mund të reduktohen në një pikë O, të konjuguara në lidhje me thjerrëzën me Pastaj intensiteti i modeli i ndërhyrjes pranë O rritet dhe skajet e ndërhyrjes mund të vërehen në vrimat e vendosura shumë më larg njëra-tjetrës. Distanca midis shiritave të dritës ngjitur është ende e barabartë, dhe nëse thjerrëza jep një imazh stigmatik të një pike, atëherë, sipas parimit të barazisë optike
në mënyrë, brezi i rendit zero do të vendoset në O. Nëse thjerrëza nuk jep një imazh stigmatik, brezi i rendit zero do të zhvendoset në O me një sasi në varësi të diferencës së rrugës optike nga 5 në O përmes të dy vrimave. Me një ndryshim të rrugës optike, zhvendosja do të jetë disa herë më e madhe se distanca midis skajeve ngjitur të ndritshme, ku
Natyrisht, një pajisje e tillë mund të përdoret për të testuar në mënyrë sasiore cilësinë e lenteve, siç është bërë nga Michelson. Nëse njëra nga vrimat është e fiksuar në lidhje me qendrën e thjerrëzës, atëherë duke matur në pozicione të ndryshme të vrimës tjetër, është e mundur të përcaktohet devijimi i frontit të valës që del nga sfericiteti pas kalimit përmes thjerrëzës (aberacioni i valës) . Në mënyrë të ngjashme, nëse një pllakë transparente me trashësi I me një indeks thyerjeje vendoset në një rreze drite që vjen prej atëherë, gjatësia e rrugës optike rritet me dhe rendi i ndërhyrjes në pikën O ndryshon me
Me anë të matjes është e mundur të përcaktohet ndryshimi midis indekseve të thyerjes së pllakës dhe mjedisit. Kjo është baza e pajisjes së interferometrit Rayleigh, e përdorur për matje të sakta të indekseve refraktive të gazeve. Një diagram i një modeli modern të kësaj pajisjeje është paraqitur në Fig. 7.13. Drita nga një çarje klimohet nga një lente dhe më pas bie në dy të çara të tjera paralele.
Oriz. 7.13. Skema e interferometrit Rayleigh, a - seksion horizontal, - seksion vertikal.
Rrezet paralele të dritës nga dhe kalojnë nëpër qeliza të ndryshme gazi dhe mblidhen nga një lente në rrafshin fokal të së cilës formohen skajet e ndërhyrjes paralelisht me të çarat. Vendosja e qelizave të gazit në rrezet e dritës bën të nevojshme që të rritet ndjeshëm distanca midis të çarave dhe, si rezultat, skajet e ndërhyrjes janë të vendosura ngushtë dhe kërkohet një zmadhim i madh për vëzhgimin e tyre. Gjerësia e çarjes nuk mund të jetë gjithashtu e madhe, dhe për këtë arsye shkëlqimi i figurës është i ulët. Meqenëse zmadhimi kërkohet vetëm në drejtimin pingul me shiritat, një okular cilindrik në formën e një shufre qelqi të hollë me një bosht të gjatë paralel me shiritat është i përshtatshëm për këtë qëllim. Fotografia e parë në këtë mënyrë është shumë më e ndritshme sesa kur përdorni një okular sferik. Përdorimi i një okular cilindrike ka edhe një avantazh tjetër të rëndësishëm, duke bërë të mundur marrjen e një sistemi të dytë fiks skajesh me të njëjtën distancë midis skajeve si në atë kryesore, por të formuar nga drita nga burimet që kalojnë poshtë qelizave të gazit. Sistemi i dytë i brezave mund të shërbejë si shkallë referimi. Me ndihmën e një pllake xhami, kjo peshore zhvendoset vertikalisht në mënyrë që skaji i sipërm i saj të jetë në kontakt me skajin e poshtëm të sistemit kryesor. Vija e mprehtë ndarëse midis pimi është buza e pllakës së vëzhguar përmes thjerrëzës
Rrjedhimisht, përcaktimi i zhvendosjes së sistemit kryesor të brezave për shkak të ndryshimeve në shtigjet optike në kuveta varet tërësisht nga mprehtësia vizuale e syrit, e cila, në përgjithësi, është e madhe dhe në këtë mënyrë është e mundur të zbulohet zhvendosje afërsisht të barabarta me 1/40 e rendit. Ndryshimet e rastësishme në sistemin optik gjithashtu bëhen më pak të rëndësishme, pasi ato prekin të dy sistemet e brezave njëkohësisht.
Në praktikë, është më e përshtatshme të kompensohet diferenca e rrugës optike sesa të numërohen skajet. Kjo bëhet si më poshtë: drita që del nga qelizat e gazit kalon nëpër pllaka të holla qelqi, njëra prej të cilave është e palëvizshme, ndërsa tjetra mund të rrotullohet rreth një boshti horizontal, i cili ju lejon të ndryshoni pa probleme gjatësinë e rrugës optike të dritës që vjen. jashtë
Një kompensues i tillë kalibrohet në dritën monokromatike në mënyrë që të përcaktojë sasinë e rrotullimit të pllakës që korrespondon me një zhvendosje të një rendi të madhësisë në sistemin kryesor të skajit. Në këtë rast, sistemi i brezave shërben si një tregues i pavlefshëm i barazisë së rrugëve optike.Zakonisht, pajisja funksionon si më poshtë: qelizat e gazit pompohen dhe në dritën e bardhë, duke përdorur një kompensues, brezat e sistemi kryesor dhe shkalla janë përafërsisht të përafruara; më pas, arrihet një koincidencë e saktë e renditjes së plumbave në dritën monokromatike, pas së cilës njëra nga kuvetat mbushet me gazin në studim dhe përsëri, së pari në dritë të bardhë, dhe më pas në monokromatike, rendet zero kombinohen duke përdorur një kompensues. Dallimi midis dy cilësimeve të kompensuesit bën të mundur që nga kalibrimi i tij të përcaktohet ndryshimi i rendit në sistemin e brezit kryesor të shkaktuar nga prania e gazit në kuvetë. Indeksi i thyerjes së këtij gazi gjendet nga (28), përkatësisht:
ku është gjatësia e qelizës së gazit. Me vlera normale dhe një saktësi vendosjeje 1/40 e porosisë, një ndryshim rreth
Shtigjet optike nga dhe në vendin e vëzhgimit të modelit të interferencës kalojnë nëpër media me dispersion të ndryshëm; prandaj, ndryshe nga rasti i thjeshtë i konsideruar në rend zero në dritën e gjatësive të ndryshme të valëve, në përgjithësi, ato nuk përkojnë dhe në dritën e bardhë nuk ka një brez plotësisht të bardhë. Të paktën brezi me ngjyrë për një gjatësi vale mesatare (në rajonin e dukshëm të spektrit), i cili varet nga ndjeshmëria ndaj ngjyrave të syrit. Për analogji me terminologjinë e adoptuar gjatë përshkrimit të lenteve, ky brez quhet akromatik. Nëse kompensuesi prezanton një ndryshim të rrugës optike A, atëherë rendi i ndërhyrjes në pikën O është i barabartë me
Prandaj, në pikën O, brezi akromatik do të jetë kur
Me një vendosje të tillë të kompensuesit, rendi zero i figurës në dritën monokromatike mund të mos bjerë në pikën O, pasi për koincidencën e tyre kërkohet që
Kjo mospërputhje mund të jetë mjaft e madhe për ta bërë të vështirë identifikimin e brezit të rendit zero në dritën monokromatike, dhe për këtë arsye duhet përdorur matjet paraprake në presion të ulët ose me një kuvetë të shkurtër.
Vëmë re gjithashtu se brezi akromatik njihet mirë vetëm nëse në ato pika të modelit ku diapazoni i vlerave për gjatësitë e valëve të spektrit të dukshëm është mjaft i vogël. Kur vërehen në dritë të bardhë, shtigjet e valëve ndërhyrëse në media me të njëjtën shpërndarje duhet të jenë sa më të barabarta.
Ndjeshmëri më e madhe në parim mund të arrihet duke rritur I, por kjo pengohet nga vështirësia e kontrollit të temperaturës. Për të njëjtën arsye, vetëm kuveta të shkurtra përdoren në modelin e instrumentit të krijuar për të matur ndryshimin në indekset e thyerjes së lëngjeve. Për më tepër, diferenca e rrugës që mund të kompensohet është e kufizuar, dhe për këtë arsye, me një ndryshim të madh në indekset e thyerjes në kuveta, gjatësia e tyre duhet të zvogëlohet proporcionalisht.
Interferometra me dy rreze. Interferometra Rayleigh, Jamin, Michelson, Linnik. Interferometra me shumë rreze (Interferometër Fabry-Perot, pllakë Lummer-Hercke). Filtrat e ndërhyrjes
Nëse pasqyra M1 është e vendosur në mënyrë që M´1 dhe M2 të jenë paralele, formohen breza me pjerrësi të barabartë, të lokalizuara në rrafshin fokal të thjerrëzës O2 dhe që kanë formën e unazave koncentrike. Nëse M1 dhe M2 formojnë një pykë ajri, atëherë ka shirita me trashësi të barabartë të lokalizuara në rrafshin e pykës M2 M1 dhe që përfaqësojnë vija paralele. Nëse sipërfaqja e kampionit në studim ka një defekt në formën e një depresioni ose zgjatjeje me lartësi l, atëherë skajet e ndërhyrjes janë të përkulura. Nëse atëherë skaji i ndërhyrjes përkulet në mënyrë që të marrë...
51. Interferometra me dy rreze. Interferometra Rayleigh, Jamin, Michelson, Linnik. Interferometra me shumë rreze (Interferometër Fabry-Perot, pllakë Lummer-Hercke). Filtrat e ndërhyrjes
Interferometër - një pajisje matës, funksionimi i së cilës bazohet në ndërhyrjen e valëve.Interferometrat optikë përdoren për të matur gjatësitë e valëve optike të vijave spektrale, indekset e thyerjes së mediave transparente, gjatësitë absolute dhe relative të objekteve, madhësitë këndore të yjeve, etj., për të kontrolluar cilësinë e pjesëve optike dhe sipërfaqeve të tyre, etj.
Interferometrat ndryshojnë në metodat e marrjes së valëve koherente dhe në çfarë sasie matet drejtpërdrejt. Sipas numrit të rrezeve të dritës ndërhyrëse, interferometrat optikë mund të ndahen nëme shumë rreze dhe me dy rreze. Interferometrat me shumë rreze përdoren kryesisht si ndërhyrjeinstrumente spektralepër të studiuar përbërjen spektrale të dritës. Interferometrat me dy rreze përdoren si instrumente spektrale dhe si instrumente për matje fizike dhe teknike.
Interferometra me dy rreze
|
Një rreze paralele drite e formuar si rezultat i kalimit nga një burim L përmes thjerrëzës O 1 , bie në një pjatë të tejdukshme P dhe ndahet në dy rreze koherente 1 dhe 2 . Pas reflektimit nga pasqyrat M 1 dhe M 2 dhe kalimi i përsëritur i rrezes 2 përmes pllakës P të dy trarët shkojnë në drejtim AO përmes thjerrëzës O 2 dhe ndërhyjnë në rrafshin e tij fokal D. Modeli i interferencës së vëzhguar korrespondon me ndërhyrjen në shtresën e ajrit të formuar nga pasqyra M 2 dhe imazh imagjinar M' 1 pasqyron M 1 në pllakën P 1 . Në këtë rast, diferenca e rrugës optike është e barabartë me, ku l – distanca ndërmjet M' 1 dhe M 2. Nëse pasqyra M 1 vendosur në mënyrë që M´ 1 dhe M 2 janë paralele, formohen breza me pjerrësi të barabartë, të lokalizuara në rrafshin fokal të thjerrëzës O 2 dhe në formë unazash koncentrike. Nëse M' 1 dhe M 2 formojnë një pykë ajri, pastaj ka shirita me trashësi të barabartë, të lokalizuara në rrafshin e pykës M 2 M' 1 dhe janë drejtëza paralele. Interferometri Michelson përdoret gjerësisht në matjet fizike dhe instrumentet teknike. Me përdorimin e tij është matur për herë të parë vlera absolute e gjatësisë së valës së dritës, është vërtetuar pavarësia e shpejtësisë së dritës nga lëvizja e burimit etj. Përdoret edhe si instrument spektral për analizimin e spektrave të rrezatimit me rezolucion i lartë (deri në 0,005 cm-1 ). |
|
Ngjashëm me interferometrin MichelsonMikrointerferometër Linnik.Në të, një kub i ngjitur nga dy prizma drejtkëndëshe shërben si një pajisje për ndarjen e rrezeve. Kufiri përgjatë të cilit janë ngjitur prizmat është gjysmë transparent, kështu që trarët ndërhyrës janë të të njëjtit intensitet. Në rrafshin fokal të thjerrëzës, sipërfaqja e objektit në studim është njëkohësisht e dukshme, e cila zëvendëson pasqyrën M 2 , dhe një model ndërhyrjeje. Nëse sipërfaqja e mostrës së provës ka një defekt në formën e një depresioni ose zgjatjeje me lartësi l , atëherë skajet e ndërhyrjes janë të përkulura. Nëse, atëherë skaji i interferencës përkulet në mënyrë që të zërë pozicionin e skajit për të cilin rendi i interferencës ndryshon për një nga skaji i analizuar. Nëse lakimi i shiritit është k brezat, pastaj ndryshimi i rrugës optike për shkak të defektit të sipërfaqes, ku është e lehtë të gjesh lartësinë e vrazhdësisë: . Mikrointerferometri Linnik përdoret për të kontrolluar cilësinë e metalit të lëmuar sipërfaqeve. |
Refraktometrat e ndërhyrjes përdoren për të matur indekset e thyerjes së gazeve dhe lëngjeve. Një prej tyre -Interferometër Jamin.
Pakoja S dritë monokromatike pas reflektimit nga sipërfaqja e përparme dhe e pasme e pllakës së parë të qelqit P 1 ndahet në dy tufa S 1 dhe S 2 . Pasi kalon nëpër kuvetat 1 dhe K 2 dhe reflektimet nga sipërfaqet e pllakës së qelqit Р 2 , i prirur në një kënd të vogël në lidhje me pllakën P 1 , rrezet hyjnë në teleskopin T dhe ndërhyjnë, duke formuar breza të drejtë me prirje të barabartë.
Nëse njëra nga kuvetat është e mbushur me një substancë me indeks thyerjeje n 1 , dhe tjetra - një substancë me një indeks thyes n 2 , pastaj nga zhvendosja e modelit të ndërhyrjes nga numri i skajeve m Krahasuar me situatën kur të dy kuvetat janë të mbushura me të njëjtën substancë, mund të gjendet ndryshimi në indekset refraktive, ku jam une gjatësia e kuvetës. Saktësia e matjes së sasisëështë shumë i lartë dhe mund të arrijë shifrën e shtatë dhe madje të tetë dhjetore.Kur matet, skaji i interferencës së rendit zero kthehet në qendër të fushës së shikimit të teleskopit me anë të një kompensuesi. TE , për të cilin paraprakisht vizatohet grafiku i këndit të prirjes kundrejt ndryshimit të rrugës, i shprehur në numrin e brezave. Për të monokromatizuar rrezatimin, një filtër drite futet në qarkun e pajisjes F .
Për matje precize të indekseve të thyerjes së gazeve dhe lëngjeve, ato përdoren gjithashtuInterferometër Rayleigh. Skema e tij optike është paraqitur në Figurën 4.
Drita nga e çara S të përafruar nga thjerrëzat L1 dhe më pas bie në dy slota të tjera S 1 dhe S 2 , lojëra elektronike paralele S . Rrezet paralele të dritës nga S 1 dhe S 2 kalojnë nëpër kuveta të ndryshme T 1 dhe T 2 , të mbushura me gaz ose lëng, dhe mblidhen nga një lente L2 , në rrafshin fokal të të cilit formohen skajet e interferencës paralelisht me të çarat. Prania e materies në kuveta është për faktin se gjerësia e skajeve të ndërhyrjes është e vogël dhe kërkohet një zmadhim i madh për vëzhgim. Që nga gjerësia e hendekut S është i vogël, atëherë shkëlqimi i modelit të ndërhyrjes është i ulët. Zmadhimi kërkohet vetëm në drejtimin pingul me skajet, kështu që përdoret një okular cilindrik Oh, boshti i gjatë i të cilit është paralel me shiritat. Njëkohësisht me modelin e studiuar të ndërhyrjes, formohet një model i dytë ndërhyrjeje, i vendosur poshtë qelizës. Mund të shërbejë si shkallë referimi. Përmes një pjate xhami G kjo shkallë zhvendoset vertikalisht në mënyrë që buza e sipërme e saj të jetë në kontakt me skajin e poshtëm të sistemit kryesor të shiritave. Linja e mprehtë ndarëse midis tyre është imazhi i skajit të pllakës G shihet përmes një lente L2 . Në këtë mënyrë, mund të zbulohen kompensime që janë afërsisht të barabarta me 1/40 e gjerësisë së brezit. Në praktikë, është më e përshtatshme të kompensohet diferenca e rrugës optike sesa të numërohen skajet. Kompensimi arrihet si më poshtë: drita që largohet nga qelizat kalon nëpër pllaka të holla qelqi, njëra prej të cilave (C 1 ) është i palëvizshëm, dhe tjetri (C 2 ) mund të rrotullohet rreth një boshti horizontal. Në këtë rast, është e mundur të ndryshohet pa probleme gjatësia e rrugës optike të burimit që del nga çarja S2. Kompensuesi C 2 të kalibruar në dritën monokromatike për të përcaktuar këndin e rrotullimit që korrespondon me një zhvendosje të një rendi të madhësisë në sistemin kryesor të skajit. Sistemi i brezit të poshtëm shërben si një tregues i pavlefshëm. Kur punoni me kuveta të evakuuara, së pari arrihet një shtrirje e përafërt e brezave zero në të dy modelet, më pas ato rreshtohen saktësisht në dritën monokromatike duke përdorur një kompensues. Pas kësaj, një kuvetë mbushet me gazin e studiuar dhe urdhrat zero kombinohen përsëri. Kompensimi përcaktohet nga ndryshimi në këndet e rrotullimit të kompensuesit∆m në sistemin kryesor të dyshemesë duke përdorur grafikun e kalibrimit të kompensatorit. Indeksi i thyerjes së gazit n' gjeni sipas formulës, ku l gjatësia e kuvetës me gaz, λ 0 është gjatësia e valës në vakum. Janë gjetur rreth 10-8 .
Interferometra me shumë rreze
Interferometri më i thjeshtë me shumë rreze zbatohet në bazë të pl a stinki Lummer-Gerke, e cila është një pllakë rrafsh paralele transparente me cilësi të lartë, trashësia e së cilës l dhe indeksin e thyerjes n . Indeksi i thyerjes së mediumit jashtë pllakës n' = 1 (Figura 5). Koe amplitude f respektivisht faktorët e reflektimit dhe transmetimit dhe .
Trarët ndërhyrës do të përforcojnë njëra-tjetrën nëse diferenca e rrugës ndërmjet tyre është e barabartë me një numër të plotë të gjatësive valore: , ku T = 0, 1, 2, …. Intensiteti minimal do të vërehet në t \u003d 1/2, 3/2, .... Urdhri më i madh i ndërhyrjes, e cila mund të merret në një interferometër me shumë rreze, ( t ~ 20000). Rajoni i shpërndarjes së lirëi vogël. Prandaj, një interferometër me shumë rreze përdoret vetëm për të studiuar konturet e linjave spektrale të izoluara nga një pajisje tjetër spektrale.
Pllaka Lummer-Gercke përdoret rrallë. Një mënyrë më e zakonshme për të marrë ndërhyrje me shumë rreze bazohet në përdoriminInterferometra Fabry-Pero.
Pjesët kryesore të interferometrit Fabry-Pero janë dy pllaka qelqi ose kuarci P 1 dhe P 2 me sipërfaqe të sheshta. Sipërfaqet që formojnë hendekun e ajrit janë të mbuluara me filma pjesërisht transparente dhe janë rreptësisht paralele me njëra-tjetrën. Për të eliminuar efektet e dëmshme të dritës së reflektuar nga sipërfaqet e jashtme, pllakat bëhen pak në formë pyke. Interferometri Fabry-Perot formon skaje interferenci me pjerrësi të barabartë në formën e unazave koncentrike. Është mjaft e lehtë të vëzhgosh modelin e ndërhyrjes nga një interferometër Fabry-Perot duke përdorur një lazer si burim.
Në kushtet e incidencës normale të dritës në një pllakë uniforme transparente, mund të përdoret ndërhyrja me shumë rrugëemetimi i rrezatimit në një rajon spektral të ngushtë (10 - 20 nm). Ky është parimi i funksionimitfiltrat e ndërhyrjes(Figura 7).
Fotografia 1 - Diagrami i interferometrit Michelson
Rreth 2
Rreth 1
M 1
M' 1
Figura 2 - Skema e mikrointerferometrit të Linnik
Rreth 2
Rreth 1
M 1
M' 1
Figura 3 - Diagrami i interferometrit Jamin
por – seksion horizontal; b - seksion vertikal
Figura 4 - Diagrami i interferometrit Rayleigh
Figura 5 - Rruga e rrezeve nëpër pllakën Lummer-Gercke
E00
2
E00
E 00
2 E 00
2 E 00
2 2 E 00 e i
Figura 6 - Skema e interferometrit Fabry-Pero
Shtresa e ndërmjetme dielektrike
Filma pjesërisht reflektues
Xhami
Figura 7 - Filtri i ndërhyrjes së tipit Fabry-Pero
Si dhe vepra të tjera që mund t'ju interesojnë |
|||
| 12971. | ALARM ZJARRI | 731.5 KB | |
| ALARM ZJARRI. Alarmi i sigurisë dhe zjarrit. Detektorë të alarmit të zjarrit. Vendosja e detektorëve të zjarrit. Pajisjet e pritjes... | |||
| 12972. | PAJISJE PËR RIKURTIM TË FRYMËRISË "SHPËTIMI I MINERAVE - 8 M" | 146 KB | |
| PAJISJE TË FRYMËMARRJES SHPËTIM TË MINAVE 8 M St. | |||
| 12973. | STUDIMI I MJETEVE TË TINGULLORËS | 496.5 KB | |
| STUDIMI I TINGULLORËS MËSHTON STUDIMI I MJETEVE TË TINGULLORËS. Qëllimi i punës është njohja me llojet e shtypësve të zhurmës, parimet e funksionimit dhe metodat për vlerësimin e efektivitetit të tyre. Thelbi fizik i izolimit të zërit. Aftësia izoluese e zërit të pengesës | |||
| 12974. | RESPIRATORËT RIGJENERATIV TË IZOLUAR SI ELEMENT I PAJISJEVE TEKNIKE | 1.06 MB | |
| RESPIRATORËT RIGJENERATIV IZOLUES SI NJË ELEMENT I PAJISJEVE TEKNIKE TË HRSG PËRMBAJTJA: Pajisjet teknike të HRHS. Respiratorë izolues rigjenerues. respirator p12: pajisja dhe parimi i funksionimit ... | |||
| 12975. | Rregullat për dhënien e ndihmës së parë (paramjekësore) në rast aksidentesh dhe sëmundjesh. | 1.13 MB | |
| Rregullat për dhënien e ndihmës së parë në rast aksidentesh dhe sëmundjesh. Tabela e përmbajtjes Përmbajtja 1. Organizimi i ndihmës së parë për lëndime dhe sëmundje 2. Ndihma e parë për arrest respirator dhe kardiak 3. Plagë dhe gjakderdhje | |||
| 12976. | INDUSTRIALE PLUHURI DHE PLUHURI NXHËSE | 180.5 KB | |
| PLUHURI INDUSTRIAL DHE EKSTRAKTORI I PLUHURVE Karakteristikat e pluhurit industrial Pluhuri industrial është faktori më i zakonshëm i dëmshëm në mjedisin e punës. Proceset dhe operacionet e shumta teknologjike në industrinë e transportit... | |||
| 12977. | MBROJTJA INDUSTRIALE E FRYMËMARRJES | 380.5 KB | |
| MBROJTJA INDUSTRIAL RESPIRATORE HYRJE Në vendin tonë, në sistemin e masave parandaluese që synojnë sigurimin e kushteve të sigurta të punës dhe reduktimin e helmimeve dhe sëmundjeve profesionale në industrinë kimike metalurgjike... | |||
| 12978. | Analiza matematikore. Kontrolloni para provimit | 4.31 MB | |
| Analiza matematikore Sekuenca numerike dhe kufiri її. I caktuar. Sekuenca e të gjithë funksionit fn i caktohet bashkësisë së N numrave natyrorë. I caktuar. Sekuenca quhet obmezhenoyu yakshcho іt numra të tillë t і M sho për të gjithë n vikon | |||
| 12979. | Modelimi matematik dhe shtrirja diferenciale | 300.5 KB | |
| Leksioni 1 Modelimi matematik dhe shtrirja diferenciale. 1.1. Kuptimi i modelimit matematik. Koncepti i modelimit matematik interpretohet nga autorë të ndryshëm në mënyrën e tyre. Ne do ta lidhim jogën me specializimin tonë në matematikën e aplikuar. E premte mama | |||
Diagrami skematik i interferometrit Rayleigh
Interferometër Rayleigh- një interferometër me dy rreze me një kalim që ndan dritën nga një burim në dy rryma, diferenca fazore midis të cilave krijohet duke kaluar dritën nëpër dy kuveta identike të mbushura me gazra të ndryshëm. Ai u propozua për herë të parë nga Lord Rayleigh në 1886. Përdoret për të përcaktuar indekset e thyerjes së gazeve.
diagrami i qarkut
Drita nga burimi kalon përmes një lente që krijon një rreze paralele dhe hapje që shkëputin dy rreze prej saj (krahët e interferometrit). Secila prej trarëve kalon nëpër qelizën e vet me gaz. Në daljen e skemës, ka një lente që bashkon të dy rrezet për të marrë skajet e ndërhyrjes në fokusin e saj.
Për matje, një kompensues futet në një nga krahët - për shembull, një pllakë xhami, duke e kthyer të cilën mund të ndryshoni gjatësinë optike të shtegut të rrezes në krah. Nëse indeksi i thyerjes në njërin nga krahët është n, atëherë indeksi i dytë i panjohur i thyerjes është
n ′ = n + λ 0 ℓ Δ m , (\displaystyle n"=n+(\frac (\lambda _(0))(\ell ))\Delta m,)ku ℓ (\displaystyle \ell)- gjatësia e kuvetës me gaz, λ 0 (\displaystyle \lambda _(0))është gjatësia e valës së burimit të dritës, ∆m (\displaystyle \Delta m)- renditja e interferencës (numri i skajeve të ndërhyrjes që kryqëzohen në një pikë të caktuar). Me parametrat tipikë të konfigurimit - një gjatësi qelize prej një metër, një gjatësi vale prej 550 nm dhe një renditje ndërhyrjeje prej 1/40 - mund të matet një ndryshim në indeksin e thyerjes prej 10 -8. Ndjeshmëria e interferometrit përcaktohet nga gjatësia e kuvetës. Gjatësia maksimale e saj zakonisht përcaktohet nga mundësitë teknike të kontrollit të temperaturës, duke qenë se termike
Po ngarkohet...