Рэйли интерферометрийн бүдүүвч диаграм
Рэйлей интерферометр- гэрлийг эх үүсвэрээс хоёр урсгалд хуваадаг нэг дамжлагат давхар цацрагт интерферометр, фазын зөрүү нь өөр өөр хийгээр дүүрсэн хоёр ижил кюветтээр гэрлийг дамжуулснаар үүсдэг. Үүнийг анх 1886 онд Лорд Рэйли санал болгосон. Хийн хугарлын индексийг тодорхойлоход ашигладаг.
хэлхээний диаграм
Эх үүсвэрээс гэрэл нь параллель цацраг үүсгэдэг линзээр дамждаг ба түүнээс хоёр цацрагийг тасалдаг нүхнүүд (интерферометрийн гар). Цацраг бүр нь хийтэй өөрийн үүрээр дамждаг. Схемийн гаралтын хэсэгт фокусын интерференцийн ирмэгийг олж авахын тулд хоёр цацрагийг нэгтгэдэг линз байдаг.
Хэмжилтийн хувьд компенсаторыг гарны аль нэгэнд нь оруулдаг - жишээлбэл, шилэн хавтанг эргүүлснээр та гар дахь цацрагийн замын оптик уртыг өөрчилж болно. Хэрэв нэг гарт хугарлын илтгэгч байвал n, дараа нь хоёр дахь үл мэдэгдэх хугарлын илтгэгч байна
n ′ = n + λ 0 ℓ Δ м , (\displaystyle n"=n+(\frac (\lambda _(0))(\ell ))\Дельта м,)хаана ℓ (\displaystyle \ell )- хийтэй кюветийн урт; λ 0 (\displaystyle \lambda _(0))гэрлийн эх үүсвэрийн долгионы урт, ∆м (\displaystyle \Delta m)- интерференцийн дараалал (өгөгдсөн цэг дээр огтлолцох интерференцийн захын тоо). Ердийн тохиргооны параметрүүдээр - нэг метр урттай, 550 нм долгионы урттай, 1/40 интерференцийн дараалалтай - хугарлын индексийн зөрүүг 10 -8 хэмжиж болно. Интерферометрийн мэдрэмжийг кюветийн уртаар тодорхойлно. Түүний хамгийн их уртыг ихэвчлэн температурын хяналтын техникийн боломжоор тодорхойлдог, учир нь дулааны хувьд
7. Рэйли интерферометр
Rayleigh pnterferometer (Интерференцийн рефрактометр) - хоёр зэрэгцээ ангархай дээрх гэрлийн дифракцийн үзэгдэл дээр үндэслэсэн хугарлын индексийг хэмжих интерферометр. Рэйли интерферометрийн диаграммыг (Зураг 10) босоо болон хэвтээ проекцоор үзүүлэв.
Жижиг S өргөнтэй тод гэрэлтүүлэгтэй ангархай нь O 1 объективийн фокусын хавтгайд байрлах гэрлийн эх үүсвэр болдог. O 1-ээс гарч буй зэрэгцээ цацраг нь судлагдсан хий эсвэл шингэнийг оруулдаг R 1 ба R 2 хоёр зэрэгцээ нүх, хоолой бүхий диафрагм D-ээр дамждаг. Хоолойнууд нь ижил урттай бөгөөд O 1 болон телескопын объектив O 2 хоорондын зайны зөвхөн дээд талыг эзэлдэг. Дифференцийн D ангархай дээр гэрлийн дифракцын интерференцийн үр дүнд 10-р зурагт бүдүүвчээр үзүүлсэн S ангархайн зургийн оронд объектив О 2-ын фокусын хавтгайд хөндлөнгийн хүрээний хоёр систем үүсдэг. Туузны дээд систем нь R 1 ба R 2 хоолойгоор дамжин өнгөрч буй туяагаар, доод хэсэг нь тэдгээрийн хажуугаар өнгөрч буй туяагаар үүсдэг. Интерференцийн ирмэгийг богино фокустай цилиндр хэлбэртэй O 3 нүдний шил ашиглан ажигладаг. R 1 ба R 2-д байрлуулсан бодисуудын хугарлын n 1 ба n 2 үзүүлэлтүүдийн ялгаанаас хамааран туузны дээд систем нь нэг чиглэлд шилжинэ. Энэ холилтын хэмжээг хэмжсэнээр n 1 - n 2-ийг тооцоолж болно. Туузны доод систем нь бэхлэгдсэн бөгөөд дээд системийн хөдөлгөөнийг үүнээс тооцдог. S цоорхойг цагаан гэрлээр гэрэлтүүлэхэд интерференцийн хээ хоёулангийнх нь төв зах нь өнгөгүй, баруун, зүүн талын захууд нь өнгөтэй байна. Энэ нь төвийн туузыг олоход хялбар болгодог. Дээд туузан системийн хөдөлгөөний хэмжилтийг компенсатор ашиглан гүйцэтгэдэг бөгөөд энэ нь дээд ба доод туузны системүүд давхцах хүртэл R 1 ба R 2 дамждаг цацрагуудын хоорондох нэмэлт фазын зөрүүг үүсгэдэг. Rayleigh интерферометрийн тусламжтайгаар хэмжилтийн маш өндөр нарийвчлалыг 7, бүр 8-р аравтын бутархай хүртэл авдаг. Рэйлей интерферометрийг агаар, усан дахь жижиг хольцыг илрүүлэх, галын чийг, зуухны хийн шинжилгээнд ашиглах болон бусад зорилгоор ашигладаг.
Хэт авианы интерферометр нь фазын хурд ба шингээлтийн коэффициентийг хэмжих төхөөрөмж бөгөөд зарчим нь акустик долгионы хөндлөнгийн оролцоонд суурилдаг. Ердийн хэт авианы интерферометр (Зураг...
Интерферометр ба тэдгээрийн хэрэглээ
Жамин интерферометр (интерференцийн рефрактометр) нь хий, шингэний хугарлын индексийг хэмжих, түүнчлэн агаар дахь хольцын концентрацийг тодорхойлох интерферометр юм. Жамин интерферометр (Зураг 3...
Интерферометр ба тэдгээрийн хэрэглээ
STAR INTERFEROMETTER - оддын өнцгийн хэмжээ болон хоёр оддын хоорондох өнцгийн зайг хэмжих интерферометр. Хэрэв хоёр одны хоорондох өнцгийн зай маш бага бол тэдгээрийг дурангаар нэг од мэт харж болно...
Интерферометр ба тэдгээрийн хэрэглээ
ЭРЧИМИЙН ИНТЕРФЕРОМЕТР - хоёр зайтай цэгт хүлээн авсан цацрагийн эрчмийн корреляцийн коэффициентийг хэмждэг төхөөрөмж ...
Интерферометр ба тэдгээрийн хэрэглээ
Мишельсоны интерферометр нь интерферометрийн хамгийн түгээмэл араг ясны хэлхээний нэг бөгөөд хөндлөнгийн долгион үүсгэдэг объектуудын орон зайн тэгшитгэлийг янз бүрийн тохиолдолд ашиглахад зориулагдсан ...
Интерферометр ба тэдгээрийн хэрэглээ
Rozhdestvensky-ийн интерферометр нь 2 толин тусгал M1, M2, хоёр зэрэгцээ тунгалаг хавтан P1, P2 (Зураг 8.) бүрдсэн хоёр цацраг интерферометр юм; M1, P1 ба M2, P2-ийг хос хосоор нь зэрэгцээ суурилуулсан...
Интерферометр ба тэдгээрийн хэрэглээ
FABRY-PEROT INTERFEROMETTER - хоёр хэмжээст дисперстэй, өндөр нарийвчлалтай олон цацрагт интерференцийн спектрийн төхөөрөмж. Энэ нь цацрагийг орон зайн спектрт задлах төхөөрөмж болон гэрэл зургийн ...
квант оптик
Стефан-Больцманн болон Виенийн хуулиудыг авч үзэхэд Кирхгофын r?,T бүх нийтийн функцийг олох асуудлыг шийдвэрлэх термодинамик арга нь хүссэн үр дүнг өгөөгүй байна ...
Гэрлийн мөн чанарын талаархи үзэл бодлыг хөгжүүлэх. Гэрлийн интерференцийн үзэгдэл
Мэдээжийн хэрэг хөндлөнгийн зарчмыг зөвхөн бактерийн ажиглалтад төдийгүй оддыг ажиглахад ашиглаж болно. Ийм ойлгомжтой...
хөх тэнгэрийн онол
Тэнгэрийн өнгийг тайлбарлахын тулд өөр өөр цаг үед ямар таамаг дэвшүүлээгүй вэ? Харанхуй задгай зуухны арын утаа хэрхэн хөхөвтөр өнгөтэй болж байгааг хараад Леонардо да Винчи бичжээ: "... Харанхуй дээрх цайвар цэнхэр болж, улам үзэсгэлэнтэй болж байна ...
Энэ нь атмосферийн ойролцоо даралттай хийн хугарлын индексийг нарийн тодорхойлоход ашиглах боломжийг олгодог (энэ даралтанд харгалзах хугарлын илтгэгч нь дөрөв, тав дахь аравтын бутархайн нэгдлээс ялгаатай).Зэрэгцээ гэрлийн цацраг нь хавтгай параллель шилэн хавтан M 1 дээр унадаг бөгөөд арын гадаргуу дээр металл толь байрлуулсан байдаг. Хоёр ойсон цацраг нь хавтангийн хангалттай зузаантай орон зайд тусгаарлагдаж, судлагдсан хий болон жишиг хий бүхий хоёр нүдэнд тус тусад нь чиглэгддэг ( n 1 ба n 2). Дамжуулсан цацрагууд нь нэг ижил шилэн хавтангаас M 2 туссан байна. Тиймээс туссан цацраг хоёулаа ижил эрчимтэй болж, L линзний фокусын хавтгайд нийлдэг. Үүний үр дүнд E дэлгэц дээр хэвтээ судалтай интерференцийн загвар гарч ирнэ. Энэ тохиолдолд объект байхгүй тохиолдолд цацрагийн тархалтын дагуу хугарлын үзүүлэлтүүд n 1 ба n 2, интерференцийн загварын тэг максимум нь системийн тэнхлэг дээр байрладаг. Агаарын даралт өөрчлөгдөхөд дэлгэц дээрх судлууд шилжинэ.
| А |
| C |
| Б |
Энэхүү төхөөрөмж нь шинжлэх ухааны түүхэнд маш чухал үүрэг гүйцэтгэсэн. Түүний тусламжтайгаар, жишээлбэл, "дэлхийн эфир" байхгүй нь батлагдсан.
Линзээр дамжин өнгөрөх S эх үүсвэрийн зэрэгцээ гэрлийн цацраг нь тунгалаг хавтан P 1 дээр унах бөгөөд энэ нь 1 ба 2-р цацрагт хуваагдана. M 1 ба M 2 толин тусгалаас ойж, P 1 хавтангаар дамжсаны дараа. дахин хоёр цацраг линз рүү орно O. Оптик хөдөлгөөний зөрүү DL= 2(AC - AB) = 2 л, хаана л- P 1 хавтан дээрх M 1 толины M 2 толь ба төсөөллийн дүрс M¢ 1 хоорондох зай. Тиймээс ажиглагдсан хөндлөнгийн загвар нь зузаантай агаарын хавтан дахь хөндлөнгийн оролцоотой тэнцүү байна л.Хэрэв толин тусгал M 1 нь M¢ 1 ба M 2 нь параллель байхаар байрладаг бол линзний O фокусын хавтгайд байрлах, төвлөрсөн цагираг хэлбэртэй тэнцүү налуу туузууд үүсдэг. Хэрэв M 2 ба M¢ 1 нь агаарын шаантаг үүсгэдэг бол M 2 M¢ 1 шаантагны хавтгайд байрлах ижил зузаантай туузууд гарч ирдэг бөгөөд зэрэгцээ шугамуудыг төлөөлдөг.
Мишельсоны интерферометрийг физик хэмжилт, техникийн багаж хэрэгсэлд өргөн ашигладаг. Түүний тусламжтайгаар гэрлийн долгионы уртын үнэмлэхүй утгыг анх удаа хэмжиж, гэрлийн хурд дэлхийн хөдөлгөөнөөс хамааралгүй болохыг нотолсон. Мишельсоны интерферометрийн толины аль нэгийг хөдөлгөснөөр туссан цацрагийн спектрийн найрлагад дүн шинжилгээ хийх боломжтой болно. Фурье спектрометрүүд нь энэ зарчим дээр бүтээгдсэн бөгөөд тэдгээр нь спектрийн урт долгионы хэт улаан туяаны мужид (50-1000 мкм) хатуу биетийн физик, органик хими ба полимер хими, плазмын оношлогооны асуудлыг шийдвэрлэхэд ашиглагддаг.
Мишельсон интерферометр нь уртыг 20-30 нм нарийвчлалтайгаар хэмжих боломжийг олгодог. Энэхүү төхөөрөмжийг өнөөдөр одон орон судлал, физикийн судалгаа, хэмжилтийн технологид ашиглаж байна. Ялангуяа орчин үеийн лазерын таталцлын антеннуудын оптик дизайны үндэс нь Мичелсон интерферометр юм.
4. Мах-Зехдер интерферометр .Австрийн физикч, аэродинамик процессын томоохон судлаач Эрнст Мах янз бүрийн биеийг тойрсон агаарын урсгалын цочролын долгион, цочролын долгионыг бүртгэхийн тулд өргөн цацраг, толь хоорондын зай ихтэй тусгай интерферометр зохион бүтээжээ. Өтгөн урсгал дахь агаарын хугарлын илтгэгч нь хөндөгдөөгүй орчинтой харьцуулахад өндөр байдаг. Энэ нь хөндлөнгийн шугамын хэлбэрт тусгагдсан байдаг.
Лекц 15.
Гюйгенс-Френель зарчим. Френель бүсийн арга. Вектор диаграм. Дугуй нүх ба дугуй дискний дифракц. Хагарлаас үүссэн Фраунгоферын дифракц. Долгионы оптикаас геометр рүү шилжих шилжилтийг хязгаарлах.
Дифракци - энэ нь хугарлын илтгэгчийн орон зайн өөрчлөлтөөс үүдэлтэй гэрлийн цацрагийн тусгал, хугарал, гулзайлтын үр дагавар байж чадахгүй бол гэрлийн шулуун тархалтаас хазайх үзэгдэл юм. Энэ тохиолдолд геометрийн оптикийн хуулиас хазайх нь бага байх тусам гэрлийн долгионы урт бага байх болно.
Сэтгэгдэл. Дифракци ба интерференцийн хооронд үндсэн ялгаа байхгүй. Хоёр үзэгдэл хоёулаа долгионы хэт байрлалын үр дүнд гэрлийн урсгалын дахин хуваарилалт дагалддаг.
Дифракцийн жишээ бол нүхтэй тунгалаг бус хуваалт дээр гэрэл тусах үзэгдэл юм. Энэ тохиолдолд геометрийн сүүдрийн хилийн бүсэд хуваалтын ард дэлгэцэн дээр дифракцийн хэв маяг ажиглагдаж байна.
Хоёр төрлийн дифракцийг ялгах нь заншилтай байдаг. Хуваалт дээр гарч буй долгионыг бие биентэйгээ параллель цацрагийн системээр дүрсэлж болох тохиолдолд (жишээлбэл, гэрлийн эх үүсвэр хангалттай хол байх үед) энэ тухай ярих болно. Фраунгоферын дифракц буюу зэрэгцээ цацраг дахь дифракц. Бусад тохиолдолд тэд ярьдаг Fresnel дифракц эсвэл дивергент дифракц .
Дифракцийн үзэгдлийг тайлбарлахдаа Максвеллийн тэгшитгэлийн системийг харгалзах хил ба анхны нөхцлөөр шийдвэрлэх шаардлагатай. Гэсэн хэдий ч ихэнх тохиолдолд ийм шийдлийг олох нь маш хэцүү байдаг. Тиймээс Френель эсвэл Кирхгофын ерөнхий томъёололд Гюйгенсийн зарчимд суурилсан ойролцоо аргуудыг оптикт ихэвчлэн ашигладаг.
Гюйгенсийн зарчим.
Гюйгенсийн зарчмын мэдэгдэл . Хүрээлэн буй орчны цэг бүр, ямар нэгэн цагт хүрэх тдолгионы хөдөлгөөн хүрч, хоёрдогч долгионы эх үүсвэр болдог. Эдгээр долгионы бүрхүүл нь дараагийн ойрын үед долгионы фронтын байрлалыг өгдөг т+dt. Хоёрдогч долгионы радиус нь гэрлийн фазын хурд ба хугацааны интервалын үржвэртэй тэнцүү байна: .
| Геометрийн сүүдрийн хүрээ |
Гюйгенс-Френель зарчим.
Френел Гюйгенсийн зарчмыг хоёрдогч долгионы хөндлөнгийн оролцооны санаагаар баяжуулсан. Хоёрдогч долгионы далайцаас тэдгээрийн үе шатыг харгалзан орон зайн аль ч цэгт үүссэн долгионы далайцыг олж болно.
Долгионы гадаргуугийн жижиг элемент бүр нь хоёрдогч бөмбөрцөг долгионы эх үүсвэр бөгөөд далайц нь элементийн утгатай пропорциональ байдаг. dSцацрагийн дагуух тэгшитгэл нь дараах хэлбэртэй байна.
хаана а 0 - долгионы гадаргуу дээрх цэгүүдийн хэлбэлзлийн далайцтай пропорциональ коэффициент dS, - туяа ба векторын хоорондох өнцгийн q-аас хамаарах коэффициент ба энэ нь хамгийн их утгыг авах үед, хэзээ - хамгийн бага (тэгтэй ойролцоо).
Ажиглалтын зарим цэг дээр үүссэн хэлбэлзэл РДараа нь Кирхгофын гаргаж авсан Гюйгенс-Фреснелийн зарчмын аналитик илэрхийллээр тодорхойлогддог.
| dS |
Энэ томьёоны дагуу тодорхой тооцоо хийх нь нэлээд цаг хугацаа шаардсан процедур тул практикт энэ интегралыг олох ойролцоо аргыг ашиглаж болно.
Ажиглалтын цэг дээрх хэлбэлзлийн далайцыг олох Пбүх долгионы гадаргуу Схэсэг буюу Fresnel бүсэд хувааж болно. Дивергент туяанд дифракцийг ажиглаж байна гэж үзье (Френел дифракц), өөрөөр хэлбэл. зарим эх үүсвэрээс тархаж буй бөмбөрцөг долгионыг авч үзье Л. Долгионыг вакуумд тараацгаая.
Хэзээ нэгэн цагт долгионы гадаргууг засъя т. Энэ гадаргуугийн радиусыг тэнцүү болго а. Шугам LPЭнэ гадаргууг нэг цэгээр огтолж байна ТУХАЙ. Цэгүүдийн хоорондох зай гэж үзье ТУХАЙТэгээд Ртэнцүү байна б. цэгээс Ррадиустай бөмбөрцөгүүдийг дараалан хойш тавь. Хоёр хөрш бөмбөрцөг нь долгионы гадаргуу дээрх цагираган хэсгүүдийг "тасалж", Френель бүс гэж нэрлэдэг. (Таны мэдэж байгаагаар хоёр бөмбөрцөг нь эдгээр бөмбөрцгийн төвүүд байрлах шулуунтай перпендикуляр хавтгайд хэвтэж буй тойрог хэлбэрээр огтлолцдог). Нэг цэгээс зайг ол ТУХАЙдугаартай бүсийн хил хүртэл м. Френелийн бүсийн гаднах хилийн радиусыг rм . Учир нь долгионы гадаргуугийн радиус нь а, дараа нь
Үүний зэрэгцээ, нэгэн зэрэг,
Тиймээс, хаана.
Үзэгдэх долгионы урт, тийм ч их биш тоонуудын хувьд м-тэй харьцуулахад бид нэр томъёог үл тоомсорлож болно мл. Тиймээс, энэ тохиолдолд болон радиусын квадратын хувьд бид дараах илэрхийллийг олж авна, энэ тохиолдолд сүүлчийн гишүүнийг дахин үл тоомсорлож болно. Дараа нь радиус м th Fresnel бүс (дивергент дифракцийн хувьд):
Үр дагавар. Зэрэгцээ цацраг дахь дифракцийн хувьд (Фраунхоферийн дифракц) Френель бүсийн радиусыг хязгаарт шилжүүлснээр олж авна. а®¥:
Одоо Френель бүсийн талбайг харьцуулж үзье. Дотор байрлах бөмбөрцөг гадаргуугийн сегментийн талбай м--р бүс, таны мэдэж байгаагаар тэнцүү байна: . Бүсийн дугаар мтоо бүхий бүсийн хилийн хооронд хаалттай мТэгээд м-нэг. Тиймээс түүний талбай нь:
Өөрчлөлтийн дараа илэрхийлэл нь дараах хэлбэртэй болно.
Хэрэв бид утгыг үл тоомсорловол энэ нь гэсэн илэрхийллээс гарч ирнэ цөөн тооны хувьд бүсийн талбай нь m тооноос хамаардаггүй .
| б+Д |
| б+2×D |
| б+3×D |
| б+ n×Д |
| П |
| О |
| бүсийн дугаар 1 |
| бүсийн дугаар 1.1 |
| бүсийн дугаар 1.2 |
| бүсийн дугаар 1.3 |
| бүсийн дугаар 1. nгэх мэт. |
| А 1.1 |
| А 1.2 |
| А 1.3 |
| г |
| г |
| А 1.С |
Ажиглалтын цэг дээр үүссэн далайцыг олох Рдараах байдлаар үйлдвэрлэсэн. Учир нь ялгарч буй хоёрдогч долгион нь уялдаатай бөгөөд хөрш зэргэлдээх хилээс цэг хүртэлх зай Рдолгионы уртын хагасаар ялгаатай, дараа нь эдгээр хил дээрх хоёрдогч эх үүсвэрээс үүссэн хэлбэлзлийн фазын зөрүү нь цэгт хүрдэг. Р, p-тэй тэнцүү (хэлбэлзэл нь эсрэг фазын үед ирдэг гэж хэлдэг). Үүний нэгэн адил, аль ч бүсийн аль ч цэгийн хувьд хөрш зэргэлдээ бүсэд чичиргээ нь тухайн цэгт хүрэх цэг байх нь гарцаагүй. Рантифазад. Долгионы векторын далайцын хэмжээ нь тухайн бүсийн талбайтай пропорциональ байна: . Гэхдээ бүсүүдийн талбайнууд ижил бөгөөд тооны өсөлттэй байна м q өнцөг ихсэх тул утга багасна. Тиймээс бид далайцын эрэмбийн дарааллыг бичиж болно: . Далайц-вектор диаграмм дээр фазын зөрүүг харгалзан энэ дарааллыг эсрэг чиглэлтэй вектороор дүрсэлсэн тул
Нэгдүгээр бүсийг олон тоо болгон задалъя Ндотоод бүсүүдийг дээрхтэй ижил аргаар, харин одоо хоёр зэргэлдээх дотоод бүсийн хилээс цэг хүртэлх зайг Рбага хэмжээгээр ялгаатай байх болно. Тиймээс тухайн цэг дээр ирж буй долгионы фазын зөрүү R,жижиг байх болно. Далайц-вектор диаграмм дээр дотоод бүс тус бүрийн далайцын векторыг өмнөхтэй харьцуулахад бага d өнцгөөр эргүүлэх тул эхний хэд хэдэн дотоод бүсээс нийт хэлбэлзлийн далайц нь векторыг холбох вектортой тохирч байх болно. тасархай шугамын эхлэл ба төгсгөл. Дотоод бүсийн тоо нэмэгдэх тусам нийт фазын зөрүү нэмэгдэж, эхний бүсийн хил дээр p-тэй тэнцүү болно. Энэ нь сүүлчийн дотоод бүсээс далайцын вектор нь эхний дотоод бүсээс далайцын векторын эсрэг чиглэнэ гэсэн үг юм. Хязгааргүй олон тооны дотоод бүсийн хязгаарт энэ тасархай шугам нь спираль хэлбэртэй хэсэг рүү шилжих болно.
| Ф |
Зургаас харахад эхний бүсийн далайцын хувьд тооцооллыг гаргаж болно: Тиймээс эхний бүсийн эрчим нь ослын долгионы эрчмээс 4 дахин их байна. Тэгш байдлыг өөр байдлаар тайлбарлаж болно.
Хэрэв хязгааргүй тооны нээлттэй бүсийн хувьд нийт далайцыг дараах байдлаар бичнэ: ,
хаана мтэгш тоо бол тэгшитгэлээс дараах тооцоо гарна: .
Сэтгэгдэл. Хэрэв бид ямар нэгэн байдлаар тухайн цэг дээрх хэлбэлзлийн үе шатуудыг өөрчилвөл Ртэгш эсвэл сондгой бүсээс p хүртэл, эсвэл тэгш сондгой бүсийг хаах бол нийт далайц нь нээлттэй долгионы далайцтай харьцуулахад нэмэгдэх болно. Энэ өмч байна бүсийн хавтан - радиус нь Френелийн бүсийн радиустай давхцаж буй сийлбэртэй төвлөрсөн тойрог бүхий хавтгай параллель шилэн хавтан. Бүсийн хавтан нь тэгш эсвэл сондгой Fresnel бүсийг "унтрааж" байгаа нь ажиглалтын цэг дээрх гэрлийн эрчмийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг.
Дугуй нүхний дифракц.
Дээр дурдсан үндэслэл нь тухайн цэг дээрх хэлбэлзлийн далайц гэж дүгнэх боломжийг бидэнд олгодог Р Fresnel бүсийн тооноос хамаарна. Хэрэв ажиглалтын цэгийн хувьд сондгой тооны Fresnel бүс нээлттэй байвал энэ цэгт хамгийн их эрчимтэй байх болно. Хэрэв тэгш тооны бүс нээлттэй бол хамгийн бага эрчимтэй байна.
Дугуй нүхний дифракцийн загвар нь ээлжлэн гэрэл ба бараан цагираг хэлбэртэй байдаг.
Нүхний радиус нэмэгдэх тусам (мөн Френелийн бүсийн тоо нэмэгдэхэд) харанхуй ба цайвар цагирагуудын ээлж нь зөвхөн геометрийн сүүдрийн хилийн ойролцоо ажиглагдах бөгөөд доторх гэрэлтүүлэг бараг өөрчлөгдөхгүй.
Жижиг дискний дифракц.
Туршилтын схемийг авч үзье, гэрлийн долгионы зам дээр тунгалаг бус дугуй диск байрладаг бөгөөд радиус нь Френелийн эхний бүсийн радиустай тохирч байна.
Дифракцийн хэв маягийг авч үзэхийн тулд ердийн бүсээс гадна дискний ирмэгээс нэмэлт бүсүүдийг байгуулдаг.
| б |
| б+(л/2) |
| б+2(л/2) |
| б+3 (л/2) |
| П |
| О |
| Л |
| 3-р бүс 2-р бүс 1-р бүс гэх мэт. |
| а |
Дискний ирмэгээс Фреснелийн бүсүүдийг өмнөх зарчмын дагуу барих болно - хоёр хөршийн бүсийн хилээс ажиглалтын цэг хүртэлх зай нь долгионы уртын хагасаар ялгаатай байна. Ажиглалтын цэг дэх далайц
харгалзан үнэлгээ тэнцүү байх болно. Тиймээс ажиглалтын цэг дээр геометрийн сүүдрийн төвд үргэлж тод толбо байх болно - хамгийн их эрчим. Энэ цэгийг нэрлэдэг Пуассон цэг.
Жишээ.Диаметр бүхий тунгалаг диск дээр Д\u003d 0.5 см, хавтгай монохромат долгион хэвийн унадаг бөгөөд урт нь l \u003d 700 нм байна. Дискний голд байрлах нүхний диаметрийг тухайн цэг дээрх гэрлийн эрчмийг ол Рдэлгэц (системийн тэнхлэг дээр) тэгтэй тэнцүү байх болно. Диск ба дэлгэцийн хоорондох зай Л=2.68 м.
Шийдэл.Дискэнд хамрагдсан ердийн Френель бүсийн тоог ол. Бүсийн дугаарыг Фраунгоферийн дифракцийн Френель бүсүүдийн радиусын томъёоноос олно: , .
| A3.33 |
| Ф |
| 30 0 |
| А |
ХОЛБООНЫ БОЛОВСРОЛЫН ГАЗАР
УЛСЫН ДЭЭД МЭРГЭЖЛИЙН БОЛОВСРОЛЫН БАЙГУУЛЛАГА
ДОН УЛСЫН ТЕХНИКИЙН ИХ СУРГУУЛЬ
Физикийн тэнхим
Рэйлей интерферометр ашиглан уусмалын концентрацийг тодорхойлох
Лабораторийн ажилд зориулсан заавар № 12
физикт
("Оптик" хэсэг)
Ростов-на-Дону 2011 он
Эмхэтгэсэн: Техникийн шинжлэх ухааны доктор, проф. С.И. Егорова,
Доктор, Доц. И.Н. Егоров,
Физик-математикийн шинжлэх ухааны нэр дэвшигч, доц. Г.Ф. Лемешко.
"Рэйлей интерферометр ашиглан уусмалын концентрацийг тодорхойлох": Арга. зааварчилгаа. - Ростов n / a: DSTU хэвлэлийн төв, 2011. - 8 х.
Нанотехнологи, нийлмэл материалын факультетийн арга зүйн комиссын шийдвэрээр хэвлэв
Шинжлэх ухааны редактор проф., д.т. V.S. Кунаков
© DSTU хэвлэлийн төв, 2011 он
Зорилго: 1. Рэйли интерферометрийн ажиллах зарчмыг судлах.
2. Рэйлей интерферометр ашиглан интерференцийн үзэгдлийг судал.
3. Усан дахь этилийн спиртийн концентрацийг тодорхойлно.
Тоног төхөөрөмж: Рэйли интерферометр, туршилтын уусмал бүхий кювет.
Товч онол
Хөндлөнгийн оролцоо - энэ нь гэрлийн урсгалын орон зайн дахин хуваарилалт явагддаг уялдаа холбоотой долгионуудын суперпозиция бөгөөд үүний үр дүнд зарим газарт максимууд, зарим газарт гэрлийн эрчмийн минимумууд гарч ирдэг.
уялдаатай ижил давтамжтай, тогтмол фазын зөрүүтэй долгион гэж нэрлэдэг. Когерент долгион авахын тулд нэг эх үүсвэрээс гарч буй гэрлийн туяаг хуваах шаардлагатай.
Интерференцийн загварыг хоёр зэрэгцээ ангархайгаар дамжин өнгөрч буй хоёр уялдаатай гэрлийн цацрагаас авсан Рэйли интерферометрийн схемд суурилсан ITR-1 төхөөрөмжийг ашиглан интерференцийн загварыг олж авч болно (Зураг 1).
эх үүсвэрээс гэрэл 1 (улайсдаг чийдэн) үүрэнд конденсатор ашиглан угсардаг 2 коллиматор линзний фокусын хавтгайд байрладаг 3 . Линзээс гарч буй зэрэгцээ туяа нь хоёр нүхний ан цаваар тусгаарлагддаг 4 . Эдгээр оролтыг уялдаа холбоотой хоёрдогч гэрлийн долгионы хоёр эх үүсвэр гэж үзэж болно.
Когерент гэрлийн туяа линзээр дамждаг 6 , үүнээс гадна цацрагийн дээд хэсэг нь кюветтээр дамждаг 5 (Зураг 1), доод хэсэг нь линз рүү шууд чиглэнэ. Үүний үр дүнд хоёр хос уялдаатай цацраг нь объектын фокусын хавтгайд хөндлөнгөөс оролцдог. Хоёр ангарлаас үүссэн интерференцийн загвар нь харанхуй ба цайвар туузны систем юм. Харанхуй (хамгийн бага нөхцөл) эсвэл гэрлийн (хамгийн их нөхцөл) зурвасын байрлалыг хөндлөнгийн цацрагийн оптик замын зөрүүгээр тодорхойлно.
- хамгийн дээд нөхцөл, (1)
- хамгийн бага нөхцөл, (2)
хаана 
- оптик замын уртын зөрүүтэй тэнцүү оптик замын зөрүү, i.e. 
,
(3)
энд 
- хугарлын индекс; 
- гэрлээр дамжин өнгөрөх замууд, 
- гэрлийн долгионы урт 
- хамгийн их буюу хамгийн бага дараалал.
Ажиглалт нь нүдний шилээр хийгддэг 7 (Зураг 1).
Интерференцийн загварыг Зураг 2-т үзүүлэв. Кюветтээр дамжин өнгөрч буй туяа нь доод интерференцийн хэв маягийг бүрдүүлдэг ба кюветтээр дамжин өнгөрөх цацраг нь дээд хэсгийг бүрдүүлдэг. Кюветт дэх цацрагийн замын нэмэлт ялгаа нь доод системтэй харьцуулахад дээд системийн шилжилтийг үүсгэдэг. Хэрэв эсүүд өөр өөр хугарлын индекс бүхий хий эсвэл шингэнээр дүүрсэн бол (3) томъёогоор тодорхойлогддог нэмэлт замын зөрүү гарч ирнэ.
Нөхөн олговрын төхөөрөмжийн тусламжтайгаар туузан системийг нэгтгэж болно (Зураг 3).
Энэ ажилд ижил урттай кювет ( 
). Тэдгээрийн нэг нь нэрмэл ус, нөгөө нь этилийн спиртийн усан дахь уусмалыг агуулдаг. Тиймээс цацрагийн зам дахь нэмэлт ялгаа:
,
(4)
хаана 
- кювет урт, 
нь уусмал ба нэрмэл усны хугарлын үзүүлэлтүүд юм.
Рэйлей интерферометр
Rayleigh pnterferometer (Интерференцийн рефрактометр) - хоёр зэрэгцээ ангархай дээрх гэрлийн дифракцийн үзэгдэл дээр үндэслэсэн хугарлын индексийг хэмжих интерферометр. Рэйли интерферометрийн диаграммыг (Зураг 10) босоо болон хэвтээ проекцоор үзүүлэв.
Жижиг S өргөнтэй тод гэрэлтүүлэгтэй ангархай нь O 1 объективийн фокусын хавтгайд байрлах гэрлийн эх үүсвэр болдог. O 1-ээс гарч буй зэрэгцээ цацраг нь судлагдсан хий эсвэл шингэнийг оруулдаг R 1 ба R 2 хоёр зэрэгцээ нүх, хоолой бүхий диафрагм D-ээр дамждаг. Хоолойнууд нь ижил урттай бөгөөд O 1 болон телескопын объектив O 2 хоорондын зайны зөвхөн дээд талыг эзэлдэг. Дифференцийн D ангархай дээр гэрлийн дифракцын интерференцийн үр дүнд 10-р зурагт бүдүүвчээр үзүүлсэн S ангархайн зургийн оронд объектив О 2-ын фокусын хавтгайд хөндлөнгийн хүрээний хоёр систем үүсдэг. Туузны дээд систем нь R 1 ба R 2 хоолойгоор дамжин өнгөрч буй туяагаар, доод хэсэг нь тэдгээрийн хажуугаар өнгөрч буй туяагаар үүсдэг. Интерференцийн ирмэгийг богино фокустай цилиндр хэлбэртэй O 3 нүдний шил ашиглан ажигладаг. R 1 ба R 2-д байрлуулсан бодисуудын хугарлын n 1 ба n 2 үзүүлэлтүүдийн ялгаанаас хамааран туузны дээд систем нь нэг чиглэлд шилжинэ. Энэ холилтын хэмжээг хэмжсэнээр n 1 - n 2-ийг тооцоолж болно. Туузны доод систем нь бэхлэгдсэн бөгөөд дээд системийн хөдөлгөөнийг үүнээс тооцдог. S цоорхойг цагаан гэрлээр гэрэлтүүлэхэд интерференцийн хээ хоёулангийнх нь төв зах нь өнгөгүй, баруун, зүүн талын захууд нь өнгөтэй байна. Энэ нь төвийн туузыг олоход хялбар болгодог. Дээд туузан системийн хөдөлгөөний хэмжилтийг компенсатор ашиглан гүйцэтгэдэг бөгөөд энэ нь дээд ба доод туузны системүүд давхцах хүртэл R 1 ба R 2 дамждаг цацрагуудын хоорондох нэмэлт фазын зөрүүг үүсгэдэг. Rayleigh интерферометрийн тусламжтайгаар хэмжилтийн маш өндөр нарийвчлалыг 7, бүр 8-р аравтын бутархай хүртэл авдаг. Рэйлей интерферометрийг агаар, усан дахь жижиг хольцыг илрүүлэх, галын чийг, зуухны хийн шинжилгээнд ашиглах болон бусад зорилгоор ашигладаг.
Fabry-Perot интерферометр
FABRY-PEROT INTERFEROMETTER - хоёр хэмжээст дисперстэй, өндөр нарийвчлалтай олон цацрагт интерференцийн спектрийн төхөөрөмж. Энэ нь цацрагийг спектр болон фотограф болгон орон зайн задлах төхөөрөмж болгон ашигладаг. бүртгэл болон фотоэлектрик бүртгэлтэй сканнерын төхөөрөмж болгон. Фабри-Перот интерферометр нь тусгалын хавтгайгаар хязгаарлагдах оптикийн хувьд нэгэн төрлийн тунгалаг материалаас бүрдэх хавтгай параллель давхарга юм. Хамгийн өргөн хэрэглэгддэг агаарын Fabry-Perot интерферометр нь бие биенээсээ тодорхой d зайд байрладаг хоёр шилэн эсвэл кварц хавтангаас бүрдэнэ (Зураг 11.). Өндөр тусгалтай бүрээсийг бие биен рүүгээ харсан хавтгай дээр байрлуулна (0.01 долгионы урттай нарийвчлалтайгаар хийсэн). Fabry-Perot интерферометр нь коллиматоруудын хооронд байрладаг; Оролтын коллиматорын фокусын хавтгайд гэрэлтүүлэгтэй диафрагм суурилуулсан бөгөөд энэ нь Фабри-Перот интерферометрийн гэрлийн эх үүсвэр болдог. Толин тусгал тус бүрийн дараа хэсэгчлэн гарахын үр дүнд Фабри-Перот интерферометрт тохиолдох хавтгай долгион нь далайц, фазын хувьд ялгаатай олон тооны хавтгай когерент долгионд хуваагддаг. Геометрийн прогрессийн хуулийн дагуу уялдаа холбоотой хүслийн далайц багасч, өгөгдсөн чиглэлд явж буй хөрш хос хүслийн хоорондын ялгаа тогтмол бөгөөд тэнцүү байна.
Энд n нь толин тусгал хоорондын орчны хугарлын илтгэгч (агаарын хувьд n=1), u нь цацраг ба толины норм хоорондын өнцөг юм. Гаралтын коллиматорын линзээр дамжин өнгөрсний дараа когерент долгион нь түүний фокусын F хавтгайд хөндлөнгөөс оролцож, ижил налуутай цагираг хэлбэрээр орон зайн интерференцийн хэв маягийг үүсгэдэг (Зураг 12.). Интерференцийн загвар дахь эрчмийн (гэрэлтүүлгийн) хуваарилалтыг илэрхийллээр дүрсэлсэн болно
I \u003d f k BTu / f 2 2,
Энд B нь эх үүсвэрийн тод байдал, f k нь коллиматоруудын линзний дамжуулалт юм. y нь тэнхлэгийн зэрэгцээ цацрагийн хөндлөн огтлолын талбай, f 2 нь гаралтын коллиматорын линзний фокусын урт, T нь Fabry-Perot интерферометрийн дамжуулах функц юм.
T= T max (1+z 2 sin 2 k?) -1
Энд T max \u003d, k \u003d 2r / л
h \u003d 2 / (1- s), f, c ба a нь тольны дамжуулалт, тусгал, шингээлтийн коэффициентууд ба f + c + a \u003d 1 байна.
Дамжуулах функц T, улмаар эрчмийн тархалт нь хурц эрчим хүчний максимум бүхий хэлбэлзэх шинж чанартай байдаг (Зураг 13), байрлал нь нөхцөл байдлаас тодорхойлогддог.
Энд m (бүхэл тоо) нь спектрийн дараалал, l нь долгионы урт юм. Хөрш зэргэлдээх максимумуудын дунд Т функц минимумтай байна
Интерференцийн максимумын байрлал нь хоёр дахь шилэн хавтангаас цацраг гарах өнцөг ба түүнтэй тэнцүү h өнцгөөс хамаардаг тул интерференцийн загвар нь төвлөрсөн цагираг хэлбэртэй байна (Зураг 12). Оролтын диаграммын геометрийн дүрсний хэсэгт нутагшсан нөхцөл байдал (Зураг 11).
Эдгээр цагиргуудын радиус нь тэнцүү тул m = const үед r t ба l-ийн хооронд хоёрдмол утгагүй хамаарал байдаг тул Фабри-Перот интерферометр нь цацрагийн орон зайн тэлэлтийг спектр болгон үүсгэдэг. Хөрш зэргэлдээ цагирагуудын максимум хоорондын шугаман зай ба эдгээр цагиргуудын өргөн (Зураг 13.) нь радиус ихсэх тусам багасдаг, өөрөөр хэлбэл r t нэмэгдэх тусам интерференцийн цагиргууд нарийсч, зузаан болдог. Бөгжний өргөн?r нь мөн тусгалын коэффициент c-аас хамаарах ба c нэмэгдэх тусам буурдаг.
Бодит Fabry-Perot интерферометрийн гэрэлтэлт нь ижил нарийвчлалтай дифракцийн спектрометрийн гэрэлтүүлгээс хэдэн зуу дахин их байдаг нь түүний давуу тал юм. Fabry-Perot интерферометр нь өндөр нарийвчлалтай, маш бага тархалтын бүстэй тул түүнтэй ажиллахдаа судалж буй спектрийн өргөн нь l-ээс бага байхын тулд урьдчилсан монохроматжуулалт хийх шаардлагатай байдаг. Энэ зорилгоор Фабри-Перо интерферометрийг призм эсвэл дифракцийн спектрографтай хослуулсан хөндлөн дисперс төхөөрөмжийг ихэвчлэн ашигладаг бөгөөд ингэснээр Фабри-Перо интерферометр ба спектрографын тархалтын чиглэлүүд харилцан перпендикуляр байдаг. Заримдаа дисперсийн бүсийг нэмэгдүүлэхийн тулд өөр өөр d зайтай нэг нэгнийгээ ардаа байрлуулсан хоёр Фабри-Перот интерферометрийн системийг ашигладаг бөгөөд тэдгээрийн харьцаа d 1 / d 2 нь бүхэл тоотой тэнцүү байдаг. Дараа нь дисперсийн муж?l-ийг "нимгэн" Fabry-Perot интерферометрээр тодорхойлж, шийдвэрлэх хүчийг "зузаан"-аар тодорхойлно. Хоёр ижил Fabry-Perot интерферометрийг суурилуулах үед шийдвэрлэх чадвар нэмэгдэж, хөндлөнгийн загварын тодосгогч нэмэгддэг.
Фабри-Перот интерферометрийг спектрийн хэт ягаан, үзэгдэх болон хэт улаан туяаны бүсэд спектрийн шугамын нарийн ба хэт нарийн бүтцийг судлах, лазерын цацрагийн горимын бүтцийг судлах гэх мэт өргөн хэрэглэгддэг. Фабри-Перот интерферометрийг мөн адил ашигладаг. лазер дахь резонатор.
Ачааж байна...