Rayleigh interferometer

Ang RAYLAY PANTERFEROMETER (panghihimasok na refractometer) ay isang interferometer para sa pagsukat ng mga indeks ng repraktibo, batay sa hindi pangkaraniwang pagkakalat ng ilaw sa dalawang parallel slits. Ang skema ng Rayleigh Interferometer ay ipinapakita sa Larawan 10.) sa patayo at pahalang na mga pagpapakitang.

Ang isang maliwanag na slit ng maliit na lapad S ay nagsisilbing isang mapagkukunan ng ilaw na matatagpuan sa focal plane ng lens O 1. Ang isang parallel na sinag ng mga sinag na umuusbong mula sa O 1 ay pumasa sa isang dayapragm D na may dalawang magkakatulad na gilis at tubo R 1 at R 2, kung saan ipinakilala ang mga gas o likido na isinasagawa Ang mga tubo ay pantay ang haba at sakupin lamang ang itaas na kalahati ng puwang sa pagitan ng O 1 at ng layunin ng teleskopyo O 2. Bilang isang resulta ng pagkagambala ng ilaw diffract sa mga slits ng dayapragm D, sa focal plane ng layunin na O 2, sa halip na ang imahe ng slit S, nabuo ang dalawang mga sistema ng mga fringes ng pagkagambala, na ipinakita sa iskrip. . Ang pang-itaas na sistema ng mga guhitan ay nabuo ng mga ray na dumadaan sa mga tubo R 1 at R 2, at ang mas mababang sistema ay nabuo ng mga ray na dumadaan sa kanila. Ang mga fringes ng pagkagambala ay sinusunod sa isang O 3 maikling pokus na cylindrical na eyepiece. Nakasalalay sa pagkakaiba sa pagitan ng mga repraktibo na indeks ng 1 at n 2 ng mga sangkap na inilagay sa R ​​1 at R 2, ang itaas na sistema ng mga guhitan ay ililipat sa isang gilid o sa iba pa. Sa pamamagitan ng pagsukat ng dami ng paghahalo na ito, maaari mong kalkulahin ang n 1 - n 2. Ang mas mababang sistema ng mga piraso ay nakatigil, at ang mga pag-aalis ng itaas na system ay binibilang mula rito. Kapag ang slit S ay naiilawan ng puting ilaw, ang gitnang mga gilid ng parehong mga pattern ng pagkagambala ay achromatic, at ang mga palawit na matatagpuan sa kanan at kaliwa ng mga ito ay kulay. Ginagawa nitong mas madali upang makahanap ng mga gitnang banda. Ang pagsukat ng pag-aalis ng itaas na sistema ng mga piraso ay isinasagawa gamit ang isang compensator, na nagpapakilala ng isang karagdagang pagkakaiba ng phase sa pagitan ng mga beams na dumadaan sa R ​​1 at R 2 hanggang sa nakahanay ang itaas at mas mababang mga system ng mga piraso. Sa tulong ng isang Rayleigh interferometer, ang isang napakataas na kawastuhan ng pagsukat ay nakamit hanggang sa ika-7 at kahit na ika-8 na decimal na lugar. Ginagamit ang Rayleigh interferometer upang matukoy ang maliliit na impurities sa hangin, sa tubig, para sa pagsusuri ng minahan at mga gas ng pugon at para sa iba pang mga layunin.

Fabry - Perot interferometer

Ang INTERFEROMETER FABRY-PERO ay isang multi-beam interferensi na spectral na aparato na may dalawang-dimensional na pagpapakalat, na may isang mataas na resolusyon. Ginagamit ito bilang isang aparato na may spatial decomposition ng radiation sa isang spectrum at litrato. pagpaparehistro at bilang isang aparato sa pag-scan na may pagpaparehistro ng photoelectric. Ang Fabry-Perot interferometer ay isang layer ng parallel na eroplano ng isang optikong homogenous na transparent na materyal na nakagapos ng sumasalamin sa mga eroplano. Ang pinakalawak na ginamit na air Fabry-Perot interferometer ay binubuo ng dalawang plate na baso o quartz na matatagpuan sa ilang distansya d mula sa bawat isa (Larawan 11). Ang mataas na mapanimdim na mga patong ay inilalapat sa mga nakaharap na eroplano (ginawa na may katumpakan na 0.01 haba ng daluyong). ang isang Fabry-Perot interferometer ay nakaposisyon sa pagitan ng mga collimator; isang naiilaw na dayapragm ay naka-install sa focal plane ng input collimator, na nagsisilbing isang light source para sa Fabry-Perot interferometer. Isang insidente ng alon ng eroplano sa isang interferometer ng Fabry-Perot bilang resulta ng maraming pagsasalamin mula sa mga salamin at bahagyang exit pagkatapos ng bawat pagninilay ay nasira sa isang malaking bilang ng mga coherent na alon ng eroplano na magkakaiba sa amplitude at phase. Ang amplitude ng coherent ay magbabawas alinsunod sa batas ng pag-unlad na geometriko, at ang pagkakaiba sa kurso sa pagitan ng bawat katabing pares ng magkakaugnay na mga kalooban na pupunta sa isang ibinigay na direksyon ay pare-pareho at katumbas ng

kung saan n ang repraktibo na indeks ng daluyan sa pagitan ng mga salamin (para sa hangin n = 1), at ang anggulo sa pagitan ng sinag at ang normal sa mga salamin. Ang pagkakaroon ng dumaan sa layunin ng output collimator, magkakaugnay na mga alon ay makagambala sa kanyang focal na eroplano F at bumuo ng isang spatial pattern ng panghihimasok sa anyo ng mga singsing ng pantay na pagkahilig (Larawan 12.). Ang pamamahagi ng kasidhian (pag-iilaw) sa pattern ng pagkagambala ay inilarawan ng ekspresyon

I = ф k BTу / f 2 2,

kung saan ang B ay ang ningning ng pinagmulan, f k ay ang pagpapadala ng mga lens ng collimator. Ang y ay ang cross-sectional area ng axial parallel beam, f 2 ang focal haba ng layunin ng output collimator, ang T ay ang pagpapaandar ng transmisyon ng Fabry-Perot interferometer.

T = T max (1 + s 2 sin 2 k?) -1

Kung saan ang T max =, k = 2p / l

Ang s = 2 / (1- s), f, s at a ay ang paglilipat, pagsasalamin at mga koepisyentong pagsipsip ng mga salamin, ayon sa pagkakabanggit, at f + s + a = 1.

Ang pagpapaandar ng pagpapaandar ng T, at samakatuwid ang pamamahagi ng kasidhian, ay may isang oscillating character na may matalim na intensity maxima (Larawan 13), ang posisyon na kung saan ay natutukoy mula sa kondisyon

kung saan ang m (integer) ay ang pagkakasunud-sunod ng spectrum, l ang haba ng daluyong. Sa gitna sa pagitan ng katabing maxima, ang pagpapaandar ng T ay may minima

Dahil ang posisyon ng pagkagambala ng maxima ay nakasalalay sa anggulo at at ang anggulo h ay katumbas nito sa paglabas ng mga ray mula sa pangalawang plate ng salamin, ang pattern ng pagkagambala ay may anyo ng mga concentric ring (Larawan 12), na natutukoy mula sa kondisyon naisalokal sa rehiyon ng geometric na imahe ng input diagram (Larawan 11) ...

Ang radius ng mga singsing na ito ay pantay, kung saan sumusunod ito na sa m = const mayroong isang hindi malinaw na ugnayan sa pagitan ng rt at n at, samakatuwid, ang Fabry-Perot interferometer ay gumagawa ng isang spatial decomposition ng radiation sa isang spectrum. Ang guhit na distansya sa pagitan ng maxima ng mga katabing singsing at ang lapad ng mga singsing na ito (Larawan 13) ay bumababa sa pagtaas ng radius, ibig sabihin, sa pagtaas ng rt, ang mga singsing ng pagkagambala ay naging mas makitid at lumapot. Ang lapad ng singsing alsor ay nakasalalay din sa koepisyent ng pagmuni-muni ng с at bumababa sa pagtaas ng с.

Ang ningning ng isang totoong interferometer ng Fabry-Perot ay maraming daang beses na mas mataas kaysa sa isang diffraction spectrometer na may parehong resolusyon, na siyang kalamangan. Yamang ang interferometer ng Fabry-Perot, na mayroong mataas na lakas sa paglutas, ay may napakaliit na rehiyon ng pagpapakalat, kapag nagtatrabaho kasama nito, kinakailangan ang paunang pag-monochromatization upang ang lapad ng inimbestigahang spectrum ay mas mababa sa λl. Para sa hangaring ito, ang mga aparatong cross-dispersion ay madalas na ginagamit, na pinagsasama ang isang Fabry-Perot interferometer na may prismatic o diffraction spectrograph upang ang mga direksyon ng pagpapakalat ng Fabry-Perot interferometer at ang spectrograph ay magkasabay na patayo. Minsan, upang madagdagan ang rehiyon ng pagpapakalat, ang isang sistema ng dalawang Fabry-Perot Interferometers ay naglagay ng isa-isa na may iba't ibang mga halaga ng distansya d ay ginagamit, upang ang kanilang ratio d 1 / d 2 ay katumbas ng isang integer. Pagkatapos ang rehiyon ng pagpapakalat? Ang L ay natutukoy ng isang "payat" na Fabry-Perot interferometer, at ang kapangyarihan sa paglutas ay natutukoy ng isang "mas makapal". Kapag naka-install ang dalawang magkaparehong Fabry-Perot Interferometers, tataas ang paglutas ng lakas at tataas ang pagkakaiba ng pattern ng pagkagambala.

Ang Fabry-Perot interferometers ay malawakang ginagamit sa ultraviolet, nakikita at infrared na mga rehiyon ng spectrum upang mapag-aralan ang pinong at hyperfine na istraktura ng mga linya ng spectral, upang pag-aralan ang istraktura ng mode ng laser radiation, atbp. Ang Fabry-Perot interferometer ay ginagamit din bilang isang resonator sa mga laser.

Rayleigh interferometer

Rayleigh interferometer circuit

Rayleigh interferometer- isang solong-pass na dalawang-beam interferometer na naghihiwalay ng ilaw mula sa isang mapagkukunan sa dalawang daloy, ang pagkakaiba ng phase sa pagitan ng kung saan ay nilikha sa pamamagitan ng pagdaan ng ilaw sa pamamagitan ng dalawang magkaparehong mga cuvettes na puno ng iba't ibang mga gas. Una itong iminungkahi ni Lord Rayleigh noong 1886. Ginamit upang matukoy ang mga repraktibo na indeks ng mga gas.

Diagram ng iskematika

Ang ilaw mula sa pinagmulan ay ipinapasa sa pamamagitan ng isang lens na lumilikha ng isang parallel beam at mga aperture na pinutol ang dalawang beams mula dito (mga interferometer arm) Ang bawat isa sa mga ray ay dumadaan sa sarili nitong gas cell. Sa output ng circuit mayroong isang lens na pinagsasama ang parehong mga beam upang makakuha ng mga fringes ng pagkagambala sa pokus nito.

Para sa mga sukat, ang isang compensator ay ipinasok sa isa sa mga bisig - halimbawa, isang basong plato, sa pamamagitan ng pag-on na maaari mong baguhin ang haba ng salamin sa mata ng sinag sa braso. Kung ang repraktibo na indeks sa isa sa mga bisig ay n, pagkatapos ang pangalawang hindi kilalang repraktibo na index ay

kung saan ang haba ng cuvette na may gas, ay ang haba ng daluyong ng mapagkukunan ng ilaw, ay ang pagkakasunud-sunod ng pagkagambala (ang bilang ng mga fringes ng pagkagambala na tumatawid sa isang naibigay na punto). Sa mga tipikal na parameter ng pag-setup - isang haba ng cell ng isang metro, isang haba ng haba ng haba ng 550 nm, at isang pagkakasunud-sunod ng pagkagambala ng 1/40 - isang sukat ng repraktibo na index ng 10 −8 ay masusukat. Ang pagiging sensitibo ng interferometer ay natutukoy ng haba ng cuvette. Ang maximum na haba nito ay karaniwang natutukoy ng mga teknikal na kakayahan ng pagkontrol sa temperatura, dahil ang pagbaluktot ng mga thermal ay magpapangit ng mga repraktibong indeks ng mga gas.

Panitikan

• Max Born, Wolf, Emil (eng.Emil lobo) Mga Prinsipyo ng Optika: Teoryang Elektromagnetiko ng Pagpapalaganap, Pagkagambala at Pagkakaiba ng Liwanag. - ika-7 - CUP Archive, 2000. - P. 299-302. - 986 p. - ISBN 9780521784498
• P. Hariharan Mga pangunahing kaalaman sa interferometry. - Academic Press, 2007. - P. 15. - 226 p. - ISBN 9780123735898

Wikimedia Foundation. 2010.

Tingnan kung ano ang "Rayleigh Interferometer" sa iba pang mga dictionaries:

Rayleigh interferometer- Reilėjaus interferometras statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Rayleigh interferometer vok. Rayleighsches Interferometer, n rus. Rayleigh interferometer, m pranc. interféromètre de Rayleigh, m ... Fizikos terminų žodynas

Pagsukat ng instrumento batay sa pagkagambala ng alon. Mayroong I. para sa tunog. alon at para sa email. magn mga alon (optical at radio waves). Sa mata At. Ginagamit upang sukatin ang optikal. spectrum ng haba ng daluyong. mga linya, repraktibo na mga indeks ng transparent media, abs. ... ... Physical encyclopedia

Tingnan ang Rayleigh Interferometer. Physical encyclopedia. Sa 5 dami. M.: Soviet encyclopedia. Punong editor A.M Prokhorov. 1988 ... Physical encyclopedia

Ang isang interferometer ay isang aparato sa pagsukat na ang prinsipyo ng pagpapatakbo ay batay sa hindi pangkaraniwang bagay ng pagkagambala. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng interferometer ay ang mga sumusunod: isang sinag ng electromagnetic radiation (ilaw, alon ng radyo, atbp.) Sa tulong ng ... ... Wikipedia

RAYLEY INTERFEROMETER, isang interferometer (tingnan ang INTERFEROMETER) para sa pagsukat ng repraktibo na index batay sa diffraction ng ilaw sa dalawang parallel slits ... encyclopedic Diksiyonaryo

Ang interferometer ng dalawang-sinag, na binubuo ng dalawang salamin na M1, M2 at dalawang parallel na semitransparent plate na Fig. 1. Scheme ng Rozhdestvensky interferometer. P1 P2 (Larawan 1); Ang M1, P1 at M2, P2 ay naka-install sa mga pares nang kahanay, ngunit ang M1 at M2 ay ikiling ... ... Physical encyclopedia

Isang aparato sa pagsukat na gumagamit ng pagkagambala ng alon. Mayroong mga waveform para sa tunog at para sa mga electromagnetic na alon: optikal (ultraviolet, nakikita, at infrared na mga rehiyon ng spectrum) at mga alon ng radyo na may iba't ibang haba. Inilapat I. ... ... Great Soviet Encyclopedia

- (panghihimasok na bias) isang dalawang-sinag na interferometer na ginamit upang masukat ang mga mababang repraktibo na indeks ng mga gas, na iminungkahi ni Jules Jamin noong 1856. Mga Nilalaman 1 Application 2 Device 2 ... Wikipedia

- (mula sa pagkagambala at ... metro) isang aparato kung saan ginagamit ang hindi pangkaraniwang bagay ng pagkagambala para sa tumpak na mga sukat. Para sa pagsukat ng repraktibo index, pag-check sa mga bloke ng gage, pagsukat ng mga anggulo na sukat ng mga bituin sa astronomiya, sa defectoscopy at ... ... Malaking Encyclopedic Polytechnic Dictionary

Strutt, John William, 3rd Baron Rayleigh John William Strutt Petsa ng kapanganakan: 12 ... Wikipedia

na ginagawang posible upang magamit ito upang tumpak na matukoy ang mga repraktibo na indeks ng mga gas sa presyon na malapit sa atmospera (sa presyur na ito, ang kaukulang bias na indeks ay naiiba mula sa pagkakaisa sa ikaapat hanggang ikalimang lugar ng decimal).

Ang isang parallel na sinag ng ilaw ay nahuhulog sa isang plate na parallel-plate ng salamin M 1, sa likod na ibabaw kung saan inilapat ang isang metal na salamin. Ang dalawang nakasalamin na beam ay naging spatially na pinaghihiwalay na may sapat na kapal ng plato, at itinuturo nang magkahiwalay sa dalawang cuvettes kasama ang test gas at ang sanggunian na gas, ayon sa pagkakabanggit. n 1 at n 2). Ang mga ipinadala na poste ay makikita mula sa isa pa sa parehong basong plato M 2. Samakatuwid, ang parehong nakalarawan na mga beam ay magiging pantay sa kasidhian, at nagtatagpo sa focal plane ng lens L. Bilang isang resulta, isang pattern ng pagkagambala ang lumabas mula sa pahalang na mga guhitan sa screen E. Sa kasong ito, sa kawalan ng mga bagay na may mga repraktibo na indeks sa direksyon ng paglaganap ng mga beam n 1 at n 2, ang zero maximum ng pattern ng pagkagambala ay nakasalalay sa axis ng system. Habang iba-iba ang presyon ng hangin, ang mga guhitan sa shift ng screen.

A

C

B

3. Michelson interferometer .

Ang aparatong ito ay gampanan ang isang napakahalagang papel sa kasaysayan ng agham. Sa tulong nito, halimbawa, napatunayan ang kawalan ng "world ether".

Ang isang parallel beam ng ilaw mula sa isang mapagkukunan S, dumadaan sa isang lens, tumama sa isang semitransparent plate P 1, kung saan nahahati ito sa mga beam 1 at 2. Pagkatapos ng pagmuni-muni mula sa mga salamin na M 1 at M 2 at muling dumaan sa plate P 1, kapwa mga beams ipasok ang lens O. Pagkakaiba ng optika stroke DL = 2 (AC - AB) = 2 l kung saan l ay ang distansya sa pagitan ng salamin M 2 at ng virtual na imaheng M ¢ 1 ng salamin na M 1 sa plato P 1. Kaya, ang naobserbahang pattern ng pagkagambala ay katumbas ng pagkagambala sa isang air plate na may kapal l. Kung ang salamin na M 1 ay matatagpuan upang ang M ¢ 1 at M 2 ay magkapareho, pagkatapos ay nabuo ang mga guhitan ng pantay na pagkahilig, naisalokal sa focal plane ng lens O at pagkakaroon ng anyo ng mga concentric ring. Kung ang M 2 at M ¢ 1 ay bumubuo ng isang air wedge, pagkatapos ay lilitaw ang mga guhitan ng pantay na kapal, na naisalokal sa eroplano ng wedge M 2 M ¢ 1 at kumakatawan sa mga parallel na linya.

Ang interferometer ng Michelson ay malawakang ginagamit sa mga pisikal na sukat at panteknikal na aparato. Sa tulong nito, ang ganap na halaga ng haba ng daluyong ng ilaw ay sinusukat sa unang pagkakataon, napatunayan ang kalayaan ng bilis ng ilaw mula sa paggalaw ng Daigdig. Sa pamamagitan ng paglipat ng isa sa mga salamin ng interferometer ng Michelson, posible na pag-aralan ang spectral na komposisyon ng radiation ng insidente. Ang mga Fourier spectrometers ay itinayo sa prinsipyong ito, na ginagamit para sa pang-alon na infrared na rehiyon ng spectrum (50-1000 microns) kapag nalulutas ang mga problema sa solidong estado ng pisika, organikong kimika at kimika ng polimer, at mga diagnostic ng plasma.

Maaaring sukatin ng interferometer ng Michelson ang haba na may kawastuhan na 20-30 nm. Ginagamit pa rin ang aparato ngayon sa astronomical at pisikal na pagsasaliksik, pati na rin sa pagsukat ng teknolohiya. Sa partikular, ang interferometer ng Michelson ay pinagbabatayan ng disenyo ng optikal ng mga modernong laser gravitational antennas.

4. Makagambala ng Mach-Zehnder .

Ang pisiko ng Austrian na si Ernst Mach, isang pangunahing mananaliksik ng mga proseso ng aerodynamic, ay nagdisenyo ng isang espesyal na interferometer na may malawak na mga poste at isang malaking distansya sa pagitan ng mga salamin para sa pagtatala ng mga shock wave at shock gelombang sa hangin na dumadaloy sa paligid ng iba't ibang mga katawan. Ang repraktibo na indeks ng hangin sa isang siksik na stream ay mas mataas kaysa sa isang hindi nagagambalang daluyan. Ito ay makikita sa hugis ng mga linya ng pagkagambala.

Lecture 15. Diffraction ng ilaw.

Huygens-Fresnel na prinsipyo. Paraan ng Fresnel zone. Vector diagram. Diffraction mula sa isang pabilog na butas at isang pabilog na disc. Fraunhofer diffraction mula sa slit. Nililimitahan ang paglipat mula sa mga optika ng alon hanggang sa geometriko.

Diffraction Ang kababalaghan ba ng paglihis mula sa karapat-dapat na paglaganap ng ilaw, kung hindi ito maaaring maging isang resulta ng pagsasalamin, repraksyon o baluktot ng mga ilaw na sinag na sanhi ng isang spatial na pagbabago sa repraktibong indeks. Sa kasong ito, mas maliit ang haba ng haba ng daluyong ng ilaw, mas maliit ang paglihis mula sa mga batas ng mga geometric optika.

Magkomento... Walang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng diffraction at pagkagambala. Ang parehong mga phenomena ay sinamahan ng isang muling pamamahagi ng light flux bilang isang resulta ng superposition ng mga alon.

Ang isang halimbawa ng diffraction ay ang hindi pangkaraniwang bagay kapag ang ilaw ay bumagsak sa isang opaque na pagkahati na may isang butas. Sa kasong ito, sinusunod ang isang pattern ng pag-diffact sa screen sa likod ng pagkahati sa rehiyon ng hangganan ng geometric na anino.

Kaugalian na makilala ang pagitan ng dalawang uri ng diffraction. Sa kaso kung ang insidente ng alon sa pagkahati ay maaaring inilarawan ng isang sistema ng mga ray na parallel sa bawat isa (halimbawa, kapag ang ilaw na mapagkukunan ay sapat na), pagkatapos ay nagsasalita ang isa Fraunhofer diffraction o parallel beam diffraction. Sa ibang mga kaso, pinag-uusapan nila Fresnel diffraction o magkakaibang diffraction ng ray .

Kapag naglalarawan ng mga phenomena ng diffraction, kinakailangan upang malutas ang Maxwell system ng mga equation na may kaukulang hangganan at paunang mga kondisyon. Gayunpaman, ang paghahanap ng gayong solusyon sa karamihan ng mga kaso ay napakahirap. Samakatuwid, sa optika, ang tinatayang mga pamamaraan batay sa prinsipyo ng Huygens sa pangkalahatang pagbuo ng Fresnel o Kirchhoff ay madalas na ginagamit.

Huygens na prinsipyo.

Pagbubuo ng prinsipyo ng Huygens ... Ang bawat punto ng kapaligiran, hanggang sa kung saan sa ilang mga punto ng oras t umabot na ang paggalaw ng alon, nagsisilbing mapagkukunan ng pangalawang alon. Ang sobre ng mga alon na ito ay nagbibigay ng posisyon ng harap ng alon sa susunod na malapit na sandali sa oras t+dt... Ang radii ng pangalawang alon ay katumbas ng produkto ng bilis ng phase ng ilaw at agwat ng oras:

Mga hangganan ng geometry na anino

Ang isang paglalarawan ng prinsipyong ito na gumagamit ng halimbawa ng isang insidente ng alon sa isang opaque na pagkahati na may isang butas ay nagpapakita na ang alon ay tumagos sa rehiyon ng isang geometric na anino. Ito ay isang pagpapakita ng diffraction. Gayunpaman, ang prinsipyo ni Huygens ay hindi nagbibigay ng mga pagtatantya ng tindi ng mga alon na kumakalat sa iba't ibang direksyon.

Huygens-Fresnel na prinsipyo.

Dinagdagan ni Fresnel ang prinsipyo ni Huygens na may konsepto ng pagkagambala ng mga pangalawang alon. Sa pamamagitan ng mga amplitude ng pangalawang alon, isinasaalang-alang ang kanilang mga phase, mahahanap ng isang malawak ang nagresultang alon sa anumang punto sa kalawakan.

Ang bawat maliit na elemento ng ibabaw ng alon ay isang mapagkukunan ng isang pangalawang spherical na alon, ang amplitude na kung saan ay proporsyonal sa halaga ng elemento dS at ang equation kung saan kasama ang sinag ay may form:

Kung saan a 0 - ang koepisyent na proporsyonal sa amplitude ng mga oscillation ng mga puntos sa ibabaw ng alon dS, ay isang koepisyent depende sa anggulo q sa pagitan ng sinag at ng vector, at tulad nito ay tumatagal ng maximum na halaga, at sa - ang minimum (malapit sa zero).

Ang nagresultang pag-oscillation sa ilang mga punto ng pagmamasid R pagkatapos ay natutukoy ng mapanuri na ekspresyon ng prinsipyo ng Huygens-Fresnel, na nagmula kay Kirchhoff:

dS

Ang integral ay kinuha sa ibabaw ng alon, naayos sa isang tiyak na sandali sa oras. Para sa isang malayang paglaganap ng alon, ang halaga ng integral ay hindi nakasalalay sa pagpili ng ibabaw ng pagsasama S.

Ang detalyadong pagkalkula gamit ang formula na ito ay isang proseso ng pag-ubos ng oras, samakatuwid, sa pagsasagawa, ang mga tinatayang pamamaraan para sa paghahanap ng integral na ito ay maaaring mailapat.

Upang makita ang malawak ng mga oscillation sa punto ng pagmamasid P ang buong ibabaw ng alon S maaaring nahahati sa mga seksyon o Fresnel zones. Ipagpalagay na sinusunod natin ang diffraction sa mga diverging ray (Fresnel diffraction), ibig sabihin isinasaalang-alang namin ang isang spherical wave na nagpapalaganap mula sa ilang mapagkukunan L... Hayaang kumalat ang alon sa isang vacuum.

Inaayos namin ang ibabaw ng alon sa isang tiyak na sandali ng oras t... Hayaang maging ang radius ng ibabaw na ito a... Linya LP intersects ito ibabaw sa point TUNGKOL... Ipagpalagay ang distansya sa pagitan ng mga puntos TUNGKOL at R pantay b... Mula sa punto R sunud-sunod naming itabi ang mga sphere na ang radii ay. Ang dalawang katabing spheres ay "pinutol" sa ibabaw ng alon na bilog na lugar na tinatawag na Fresnel zones. (Tulad ng alam mo, ang dalawang spheres ay lumusot kasama ang isang bilog na nakahiga sa isang eroplano patayo sa linya kung saan namamalagi ang mga sentro ng mga sphere na ito). Hanapin ang distansya mula sa punto TUNGKOL sa hangganan ng zone na may bilang m... Hayaan ang radius ng panlabas na hangganan ng Fresnel zone na maging r m Kasi ang radius ng ibabaw ng alon ay a tapos

Sa parehong oras, sa parehong oras ,.

Samakatuwid, kung saan.

Para sa mga nakikitang haba ng daluyong at hindi masyadong malaking bilang m ang term ay maaaring napabayaan kung ihahambing sa m l. Samakatuwid, sa kasong ito, at para sa parisukat ng radius, nakukuha namin ang expression :, kung saan ang huling termino ay maaaring muling napabayaan. Pagkatapos ang radius m ika Fresnel zone (para sa pagdidipraktibo sa magkakaibang mga ray):

Kinahinatnan... Para sa diffraction sa parallel beams (Fraunhofer diffraction), ang radius ng mga Fresnel zones ay nakuha sa pamamagitan ng paglilimita sa paglipat a®¥:

Ihambing natin ngayon ang mga lugar ng mga zona ng Fresnel. Lugar ng isang segment ng isang spherical ibabaw na nakahiga sa loob m-th zone, tulad ng kilala, ay katumbas ng: Zone na may numero m nakapaloob sa pagitan ng mga hangganan ng mga zone na may mga numero m at m-isa. Samakatuwid, ang lugar nito ay katumbas ng:

Pagkatapos ng mga pagbabago, ang ekspresyon ay magkakaroon ng form:

Kung napapabayaan natin ang halaga, sinusundan ito mula sa pagpapahayag na para sa maliliit na numero, ang lugar ng mga zone ay hindi nakasalalay sa bilang m .

b+ D

b+ 2 × D

b+ 3 × D

b+ n × D

P

O

zone number 1

zone number 1.1

zone Blg 1.2

zone number 1.3

zone number 1. n atbp.

A 1.1

A 1.2

A 1.3

d

d

A 1.S

Paghahanap ng nagresultang amplitude sa punto ng pagmamasid R ay ginawa tulad ng sumusunod. Kasi ang pinapalit na pangalawang mga alon ay magkakaugnay at ang mga distansya mula sa mga katabing hangganan hanggang sa punto R naiiba sa kalahati ng haba ng daluyong, pagkatapos ay ang pagkakaiba ng phase ng mga oscillation mula sa pangalawang mapagkukunan sa mga hangganan na ito, pagdating sa puntong R, ay katumbas ng p (tulad ng sinasabi nila, ang mga oscillation ay dumating sa antiphase). Katulad nito, para sa anumang punto ng anumang zone, kinakailangang mayroong isang punto sa katabing zone, ang mga pagbabago-bago mula sa kung saan dumating sa punto R sa antiphase. Ang laki ng amplitude ng vector vector ay proporsyonal sa lakas ng lugar ng zone: Ngunit ang mga lugar ng mga zone ay pareho, at sa paglaki ng bilang m tumataas ang anggulo q, kaya't bumababa ang halaga. Samakatuwid, ang isang order na pagkakasunud-sunod ng mga amplitude ay maaaring nakasulat:. Sa diagram ng amplitude-vector, isinasaalang-alang ang pagkakaiba ng phase, ang pagkakasunud-sunod na ito ay inilalarawan ng mga salungat na nakadirektang mga vector, samakatuwid

Paghiwalayin natin ang unang zone sa isang malaking bilang N panloob na mga zone sa parehong paraan tulad ng sa itaas, ngunit ngayon ang distansya mula sa mga hangganan ng dalawang katabing panloob na mga zone hanggang sa punto R ay magkakaiba sa pamamagitan ng isang maliit na halaga. Samakatuwid, ang pagkakaiba-iba ng phase ng mga alon na darating sa punto R, ay magiging katumbas ng isang maliit na halaga. Sa diagram ng amplitude vector, ang amplitude vector mula sa bawat isa sa panloob na mga zone ay iikot ng isang maliit na anggulo d na may kaugnayan sa naunang isa, kaya ang amplitude ng kabuuang oscillation mula sa unang maraming panloob na mga zone ay tumutugma sa vector na kumokonekta sa simula at pagtatapos ng putol na linya. Sa isang pagtaas sa bilang ng panloob na zone, ang kabuuang pagkakaiba ng phase ay tataas at sa hangganan ng unang zone ay magiging katumbas ng p. Nangangahulugan ito na ang amplitude vector mula sa huling panloob na zone ay nakadirekta sa tapat ng amplitude vector mula sa unang panloob na zone. Sa hangganan ng isang walang hanggan malaking bilang ng mga panloob na zone, ang sirang linya na ito ay magbabago sa isang bahagi ng spiral.

F

Ang malawak ng mga oscillation mula sa unang Fresnel zone ay magkakasunod sa isang vector, mula sa dalawang mga zone - at iba pa. Kaso sa pagitan ng punto R at walang mga hadlang ng mapagkukunan ng ilaw, isang walang katapusang bilang ng mga zone ang makikita mula sa punto ng pagmamasid, kaya't ang spiral ay magpapahangin sa focal point F... Samakatuwid, isang libreng alon na may isang kasidhian Ako 0 ay tumutugma sa amplitude vector na nakadirekta sa punto F.

Maaari itong makita mula sa pigura na para sa amplitude mula sa unang zone posible na makakuha ng isang pagtatantya :, samakatuwid, ang intensity mula sa unang zone ay 4 na beses ang tindi ng alon ng insidente Maaaring bigyang kahulugan ang pagkakapantay-pantay sa ibang paraan.

Kung para sa isang walang katapusang bilang ng mga bukas na zone ang kabuuang amplitude ay nakasulat sa form :,

Kung saan m Ay isang pantay na numero, pagkatapos ay ang pagkakapantay-pantay ay nagpapahiwatig ng pagtantya:

Magkomento. Kung papalit palitan natin ang mga phase ng oscillations sa puntong ito R mula sa pantay o kakatwang mga sona ng p, o malapit na pantay o kakaibang mga zone, kung gayon ang kabuuang amplitude ay tataas sa paghahambing sa malawak ng bukas na alon. Ang pag-aaring ito ay pag-aari ng plate ng zone - isang plate na parallel sa salamin na may nakaukit na mga bilog na concentric, na ang radii ay tumutugma sa radii ng mga Fresnel zone. Ang plate ng zona ay "pinapatay" ang pantay o kakaibang mga Fresnel zone, na humahantong sa isang pagtaas ng ilaw ng ilaw sa puntong pagmamasid.

Diffraction ng bilog na butas.

Ang pangangatuwiran sa itaas ay nagbibigay-daan sa amin upang tapusin na ang malawak ng mga oscillation sa puntong ito R nakasalalay sa bilang ng mga Fresnel zones. Kung ang isang kakaibang bilang ng mga Fresnel zone ay bukas para sa isang puntong pagmamasid, magkakaroon ng maximum na kasidhian sa puntong ito. Kung ang isang pantay na bilang ng mga zone ay bukas, kung gayon ang intensity ay minimum.

Ang pattern ng pagdidipraktibo mula sa bilog na butas ay mukhang alternating ilaw at madilim na singsing.

Sa isang pagtaas sa radius ng butas (at isang pagtaas sa bilang ng mga Fresnel zones), ang paghahalili ng madilim at ilaw na singsing ay makikita lamang malapit sa hangganan ng geometric na anino, at sa loob ng pag-iilaw ay praktikal na hindi magbabago.

Maliit na diffraction ng disk.

Isaalang-alang natin ang pamamaraan ng isang eksperimento kung saan matatagpuan ang isang opaque circular disk sa landas ng light wave, na ang radius ay katapat ng radii ng mga unang Fresnel zones.

Upang isaalang-alang ang pattern ng pagdidipract, bilang karagdagan sa karaniwang mga zone, magtatayo kami ng mga karagdagang zone mula sa gilid ng disk.

b

b+ (l / 2)

b+2 (l / 2)

b+3 (l / 2)

P

O

L

zone no. 3 zone no. 2 zone no. 1, atbp.

a

Itatayo namin ang mga Fresnel zone mula sa gilid ng disk alinsunod sa naunang prinsipyo - ang mga distansya mula sa mga hangganan ng dalawang mga kalapit na zone sa punto ng pagmamasid ay naiiba sa kalahati ng haba ng daluyong. Ang dami sa puntong pagmamasid

isinasaalang-alang ang pagtantya ay magiging pantay Samakatuwid, sa punto ng pagmamasid, sa gitna ng geometric na anino, palaging magiging isang light spot - ang maximum na intensity. Ang lugar na ito ay tinatawag na Poisson spot.

Halimbawa. Sa isang opaque disc na may diameter D= 0.5 cm, isang isang monochromatic na alon ng eroplano ay karaniwang insidente, ang haba nito ay l = 700 nm. Hanapin ang diameter ng butas sa gitna ng disk kung saan ang ilaw na ilaw sa puntong R ang screen (sa axis ng system) ay magiging zero. Distansya sa pagitan ng disc at screen L= 2.68 m

Desisyon. Hanapin natin ang bilang ng mga ordinaryong Fresnel zona na sakop ng disk. Ang numero ng zone ay matatagpuan mula sa pormula para sa radius ng mga Fresnel zones sa ilalim ng diffraction ng Fraunhofer:,.

A 3, 33

F

30 0

Isang OTV

Yung. ang disc ay sumasakop sa 3 buong mga zone at isa pang pangatlo. Bumuo tayo ng isang Fresnel spiral. Ang point ng hangganan ng bahaging ito sa 3.33 zones ay tumutugma sa isang anggulo ng pagkahilig sa pahalang na katumbas ng 30 0. Ang lahat ng iba pang mga zone ay bukas, samakatuwid ang amplitude vector ay nakadirekta mula sa hangganan na punto ng Fresnel zone hanggang sa punto F... Sa punto ng pagmamasid R ang tindi ay katumbas ng zero, kinakailangan na ang vector ng amplitude ng oscillations mula sa butas ay pantay ang haba, ngunit kabaligtaran sa direksyon sa vector. Samakatuwid, dapat din itong ikiling sa pahalang sa isang anggulo ng 30 0. Sa kasong ito, dapat buksan ng butas ang 1.67 na mga bahagi ng Fresnel zone. Para kay m= 1.67 nakukuha natin ang radius ng butas: m §

Rayleigh interferometer

Animasyon

Paglalarawan

Ang Rayleigh interferometer ay isa sa mga aparato ng pagkagambala na mas sensitibo sa pagkakaiba ng mga pagsabog ng phase ng alon, na ginagawang posible upang magamit ito upang tumpak na matukoy ang mga repraktibong indeks ng mga gas sa presyon na malapit sa atmospera (sa presyon na ito, ang kaukulang repraktibo na index naiiba mula sa pagkakaisa sa ikaapat hanggang ikalimang decimal na lugar) ...

Ang isang eskematiko na representasyon ng pagtatayo ng Rayleigh interferometer ay ipinapakita sa Fig. isa

Paglalarawan ng iskematika ng pagtatayo ng isang interferometer ng Rayleigh

Fig. isa

Ang isang sinag ng ilaw mula sa isang halos puntong pinagmulan S na matatagpuan sa pokus ng lens ay na-convert ng lens na ito sa isang parallel beam. Dagdag dito, sa likod ng lens, mayroong isang dayapragm na may dalawang aperture na simetriko tungkol sa pangunahing axis ng system - pangalawang mapagkukunan ng S 1 at S 2, na bumubuo ng dalawang magkatulad na manipis na mga poste. Ang mga beam na ito ay nakatuon sa pamamagitan ng pangalawang lens sa isang screen na matatagpuan sa kanyang focal plane. Ang resulta ay isang pattern ng pagkagambala ng mga pahalang na guhitan, tulad ng ipinakita sa figure. Sa kasong ito, sa kawalan ng mga karagdagang bagay na may repraktibo na mga indeks n 1 (isang cell na may test gas) at n 2 (isang phase incursion compensator na may kilalang kinokontrol na phase incursion ng optical radiation dito) kasama ang paglaganap ng mga beam sa pagitan ng lente, ang zero maximum na pattern ng pagkagambala ay nakasalalay sa axis ng system. Ang maximum na zero ay ang maximum na naaayon sa zero path na pagkakaiba D ng mga alon na bumubuo sa pattern ng pagkagambala. Kapag gumagamit ng broadband radiation (halimbawa, natural na ilaw), madali itong makilala mula sa maxima ng mas mataas na mga order m:

D = m 0,

kung saan ang l 0 ay ang gitnang haba ng daluyong ng radiation spectrum.

Sa katunayan, madaling maunawaan na ito ay ang isa lamang na may paunang puting kulay, habang ang mas mataas na order na maxima ay "nakaunat sa spectrum" dahil sa ang katunayan na ang pinakamataas na kundisyon ay nakakamit sa iba't ibang mga paglipat mula sa gitna ng larawan para sa iba't ibang mga wavelength ng beam spectrum.

Kung ngayon ay ipinakilala natin sa dalawang beams na nagpapalaganap sa puwang ng inter-lens (ang tinaguriang mga interferometer arm) isang cuvette na haba L na may isang test gas n 1, at isang kinokontrol na optikal na pagkaantala n 2 (halimbawa, ang parehong cuvette na may isang gas, ang pag-asa ng repraktibo index na kung saan sa presyon ay kilala), pagkatapos ang mga beam ay makakatanggap ng isang karagdagang pagkakaiba sa landas:

D 1 = L (n 2 -n 1).

Kaya, ang zero fringe ng pattern ng pagkagambala ay lilipat, at ang gitna ng patlang ay makakakuha ng isang kulay.

Upang "ibalik ang larawan sa lugar nito", kinakailangan upang mapantay ang mga repraktibo na indeks ng test gas at ang sanggunian na gas sa dalawang cuvettes, na nakamit sa pamamagitan ng pag-iiba ng presyon ng huli. Bilang isang resulta, sa pamamagitan ng pagpapanumbalik ng sentralidad ng zero na "puting" banda (at magagawa ito nang may ganap na kawastuhan, sa pagkakasunud-sunod ng 1/40 ng banda, D m Ј 1/40), nakakakuha kami ng tumpak na impormasyon tungkol sa repraktibo index ng gas na pinag-aaralan. Ang mga totoong instrumento, na ginawa ayon sa Rayleigh interferometer scheme, ginagawang posible upang masukat ang mga pagkakaiba ng repraktibo na indeks mula sa pagkakaisa ayon sa pormula:

(n-1) = l 0 D m / L "10 -8.

Mga katangian ng oras

Oras ng pagsisimula (mag-log mula mula -8 hanggang -7);

Habambuhay (mag-log tc mula -7 hanggang 15);

Oras ng pagkasira (mag-log td mula -8 hanggang -7);

Oras ng pinakamainam na pag-unlad (mag-log tk mula -6 hanggang -5).

Diagram:

Teknikal na pagsasakatuparan ng epekto

FEDERAL EDUCATION AGENCY

STATE EDUCATIONAL INSTITUTION NG MAS MATAKING EDUKASYON SA PROFESYONAL

HUWAG NG STATE TECHNICAL UNIVERSITY

Kagawaran ng Physics

Pagpapasiya ng konsentrasyon ng mga solusyon gamit ang isang Rayleigh interferometer

Pamamaraan ng tagubilin para sa gawaing laboratoryo № 12

sa pisika

(Seksyon na "Optics")

Rostov-on-Don 2011

Pinagsama-sama ng: Doctor of Technical Science, prof. S.I. Egorova,

Ph.D., Assoc. SA. Egorov,

Ph.D., Assoc. G.F. Lemeshko.

"Pagtukoy ng konsentrasyon ng mga solusyon gamit ang isang Rayleigh interferometer": Pamamaraan. mga direksyon - Rostov n / a: Publishing Center DSTU, 2011. - 8 p.

Nai-publish sa pamamagitan ng desisyon ng metodolohikal na komisyon ng guro ng "Nanotechnology at mga pinaghalo na materyales"

Pang-agham na editor prof., Ph.D. V.S. Kunakov

© Publishing Center DSTU, 2011

Layunin ng trabaho: 1. Pag-aralan ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng Rayleigh interferometer.

2. Pag-aralan ang mga phenomena ng pagkagambala gamit ang isang Rayleigh interferometer.

3. Tukuyin ang konsentrasyon ng etil alkohol sa tubig.

Kagamitan: Ang Rayleigh interferometer, ay may mga solusyon sa pagsubok.

Maikling teorya

Pagkagambala Ang superposisyon ba ng magkakaugnay na mga alon, kung saan ang isang spatial na muling pamamahagi ng maliwanag na pagkilos ng bagay ay nangyayari, bilang isang resulta kung saan ang maximum na lilitaw sa ilang mga lugar, at minima ng light intensity sa iba.

Coherent ang mga alon ng parehong dalas at pare-pareho ang pagkakaiba ng phase ay tinatawag. Upang makakuha ng magkakaugnay na mga alon, kinakailangan upang hatiin ang ilaw na sinag na nagmula sa isang mapagkukunan.

Ang pattern ng pagkagambala ay maaaring makuha gamit ang aparato ng ITR-1, na kung saan ay batay sa Rayleigh interferometer scheme, kung saan ang pattern ng pagkagambala ay nakuha mula sa dalawang magkakaugnay na mga ilaw na ilaw na dumadaan sa dalawang magkatulad na slits (Larawan 1).

Liwanag mula sa pinagmulan 1 (ang maliwanag na bombilya) ay pinagsama sa isang pampalapot sa gilis 2 na matatagpuan sa focal plane ng collimator lens 3 ... Ang isang kahilera na sinag ng mga sinag na umuusbong mula sa lens ay pinaghihiwalay ng dalawang mga slits ng aperture 4 ... Ang mga slits na ito ay maaaring matingnan bilang dalawang mapagkukunan ng pangalawang light alon na magkakaugnay.

Ang mga magkakaugnay na ilaw na ilaw ay dumadaan sa lens 6 , bukod dito, ang itaas na bahagi ng mga beams ay dumadaan sa mga cuvettes 5 (fig 1), at ang mas mababang isa ay nakadirekta nang direkta sa lens. Bilang isang resulta, ang pagkagambala ng dalawang pares ng magkakaugnay na mga beam ay nangyayari sa focal plane ng lens. Ang pattern ng pagkagambala na nabuo mula sa dalawang slits ay isang sistema ng madilim at magaan na guhitan. Ang posisyon ng madilim (pinakamaliit na kundisyon) o ilaw (maximum na kondisyon) na banda ay natutukoy ng pagkakaiba ng optikal na landas ng mga nakakagambalang beams:

- maximum na kondisyon, (1)

- ang minimum na kondisyon, (2)

Kung saan - Pagkakaiba ng landas ng optikal, na katumbas ng pagkakaiba sa haba ng mga landas ng optiko, ibig sabihin
, (3)

dito
- mga repraktibo na indeks,
- ang mga daang tinahak ng ilaw, - magaan na haba ng daluyong,
- ang pagkakasunud-sunod ng maximum o minimum.

Isinasagawa ang pagmamasid sa pamamagitan ng eyepiece 7 (fig. 1).

Ang pattern ng pagkagambala ay ipinapakita sa Larawan 2. Ang mga sinag na dumadaan sa mga cuvettes ay bumubuo ng mas mababang pattern ng pagkagambala, at ang mga ray na dumadaan sa mga cuvettes - ang nasa itaas. Ang isang karagdagang pagkakaiba sa landas ng mga sinag sa mga cell ay sanhi ng isang pag-aalis ng itaas na system na may kaugnayan sa mas mababang isa. Kung ang mga cell ay puno ng mga gas o likido na may iba't ibang mga repraktibo na indeks, pagkatapos ay lilitaw ang isang karagdagang pagkakaiba sa landas, na tinutukoy ng pormula (3).

Sa tulong ng isang aparato ng kompensasyon, ang mga stripe system ay maaaring nakahanay (Larawan 3).

Sa gawaing ito, cuvettes ng parehong haba ( ). Ang isa sa mga ito ay naglalaman ng dalisay na tubig, at ang iba ay naglalaman ng isang solusyon ng etil alkohol sa tubig. Samakatuwid, ang karagdagang pagkakaiba sa landas ng mga ray:

, (4)

Kung saan - ang haba ng cuvette,
ang mga repraktibo na indeks ng solusyon at dalisay na tubig, ayon sa pagkakabanggit.