tóm lược
- bất kỳ dụng cụ đo nào sử dụng các mẫu giao thoa để thực hiện các phép đo chính xác của sóng
Tổng quan
Giao thoa kế được sử dụng rộng rãi trong khoa học và công nghiệp để đo các chuyển vị nhỏ, thay đổi chỉ số khúc xạ và bất thường bề mặt. Trong hầu hết các giao thoa kế, ánh sáng từ một nguồn duy nhất được chia thành hai chùm truyền đi trong các đường quang khác nhau, sau đó được kết hợp lại để tạo ra nhiễu; tuy nhiên, trong một số trường hợp, hai nguồn không liên tục cũng có thể được thực hiện để can thiệp. Các rìa nhiễu kết quả cung cấp thông tin về sự khác biệt về độ dài đường quang. Trong khoa học phân tích, giao thoa kế được sử dụng để đo chiều dài và hình dạng của các thành phần quang học với độ chính xác nanomet; chúng là các dụng cụ đo chiều dài chính xác cao nhất hiện có. Trong quang phổ biến đổi Fourier, chúng được sử dụng để phân tích ánh sáng có các tính năng hấp thụ hoặc phát xạ liên quan đến một chất hoặc hỗn hợp. Một giao thoa kế thiên văn bao gồm hai hoặc nhiều kính thiên văn riêng biệt kết hợp các tín hiệu của chúng, cung cấp độ phân giải tương đương với kính thiên văn có đường kính bằng khoảng cách lớn nhất giữa các phần tử riêng lẻ của nó.
Để chứng minh bản chất sóng của sóng điện từ và sự chồng chất của chúng, nhiều thí nghiệm giao thoa khác nhau đã được tiến hành kể từ thí nghiệm giao thoa sóng ánh sáng sử dụng khe kép Young T. Young và lăng kính kép Fresnel vào đầu thế kỷ 19. .. Những bộ thí nghiệm này có thể được gọi là giao thoa kế, nhưng chúng thường dùng để chỉ quang học được lắp ráp với mục đích sử dụng hiệu ứng giao thoa của ánh sáng để đo các đại lượng vật lý và hóa học. Nguyên tắc của giao thoa kế là chia ánh sáng từ một nguồn sáng thành nhiều quang thông, tạo ra hiệu số pha không đổi giữa chúng và tập hợp chúng lại để thu được các vân giao thoa. Phương pháp phân chia quang thông được chia thành ba. Sự phân chia quang thông nói trên bởi khe kép hay lăng kính kép được chia thành mặt sóng, biên độ của ánh sáng được chia bởi gương bán trong suốt, Việc phân chia thành các thành phần được gọi là sự phân chia phân cực. Giao thoa kế được chia thành nhiều loại theo các phương pháp phân chia này và sự xuất hiện của các vân giao thoa, và các thiết bị mang tên của hơn 20 loại nhà phát minh đã được phát hành cho đến nay. Bất kể phương pháp phân chia nào, loại mà kết quả là hai thông lượng ánh sáng giao thoa được gọi là giao thoa kế hai quang thông, và loại mà trong đó một số lượng lớn các thông lượng ánh sáng giao thoa được gọi là giao thoa kế đa quang thông. Ở đây, chúng ta sẽ xem xét một số kiểu phân chia biên độ điển hình.
Giao thoa kế Michelson và giao thoa kế Twyman-GreenCó thể nói nó là một đại diện của giao thoa kế quang thông loại 2 phân chia biên độ, và nó là chiếc đầu tiên Thí nghiệm Michelson-Morley Sau đó, nó được sử dụng rộng rãi để đo ứng dụng quang học. Giao thoa kế Michelson, hình 1-a Sử dụng nguồn sáng mở rộng [sự kết hợp của nguồn sáng nhỏ và bộ khuếch tán] như trong hình, gương phẳng M 1 được chia thành hai quang thông bởi một gương bán trong suốt [bộ tách chùm] có độ nghiêng 45 độ so với trục quang học. gấp hướng ban đầu bởi M 2, lại quan sát được cùng một gương bán trong suốt [bộ kết hợp chùm tia đóng vai trò là Bên trong] tại nguồn sáng liên kết và hệ thống quang học kính thiên văn vuông góc với phương của. Nhân vật 1-b Là một sơ đồ nguyên lý quang học về sự tạo ra các vân giao thoa. Nếu M 1 và M 2 [ ảnh phản xạ của M 2 đối với gương bán trong suốt] hoàn toàn song song thì các vân giao thoa trở thành những đường tròn đồng tâm có tâm trên trục chính và đạt tới vô cực. Có vẻ như vị trí của [hình vẽ] 1-a Sau đó, nó là sự kết hợp của ống kính tele T và màn hình P]. Các vân giao thoa như vậy thường được gọi là các vân giao thoa nghiêng tương đương. Nếu bây giờ chúng ta sử dụng nguồn sáng đơn sắc có bước sóng λ,
2 d cos θ = m λ [ m là số nguyên]
Là con số 1-b Khi đó, nó là điều kiện để tạo ra một vòng sáng. Nhân vật 1-a Trong giao thoa kế Michelson thực tế cho thấy ở [1], một vòng tối được tạo ra trong các điều kiện trên do sự bỏ pha của sóng ánh sáng tại thời điểm phản xạ. Tấm phẳng song song trong suốt C chứa trong một quang thông là tấm hiệu chỉnh để hiệu chỉnh sự mất cân bằng của hiệu số quang học do chất nền bộ tách chùm tia, và để loại bỏ hiệu ứng phân tán của chất nền xảy ra khi quan sát ánh sáng trắng. Nó là một điều. Giao thoa kế Michelson được sử dụng để đo độ dài và đo quang phổ.
Nguồn sáng điểm và ống chuẩn trực được sử dụng cho phần giới thiệu ánh sáng của giao thoa kế Michelson, và hình 2 Như được minh họa trong, giao thoa kế Twyman-Green cho phép thông lượng ánh sáng song song gần như hoàn hảo đi vào hệ thống quang học giao thoa kế. Vì thực hiện quan sát bằng mắt ở vị trí mà nguồn sáng điểm S tạo thành ảnh, tức là vị trí tiêu điểm của L 2 nên khi gương cho ảnh M 2 đối với gương bán trong của gương phẳng M 1. và M 2 hoàn toàn song song, hiệu đường quang giữa hai quang thông Tùy thuộc vào tình huống, toàn bộ trường nhìn trở thành độ sáng đồng nhất [hoặc bóng tối], và không thể nhìn thấy các vân giao thoa. Nếu nghiêng một chút trong gương phẳng, các vân giao thoa tuyến tính song song xuất hiện trong những khoảng thời gian bằng nhau, có thể được coi là biểu thị sự phân bố của sự chênh lệch độ cao của gương so với hướng trục quang học gây ra bởi độ nghiêng của gương phẳng. [các vân giao thoa có độ dày bằng nhau]. ]. Do đó, nếu một vật trong suốt không đồng nhất được đặt trong một quang thông, thì bề mặt sóng trong quang thông đó bị nhiễu và sự khác biệt về đường quang học giữa hai quang thông [lưu ý rằng quang thông thử nghiệm đi qua vật hai lần] được hiển thị là một đường đồng mức. Có thể thấy rằng các đường sọc xuất hiện. Trong trường hợp này, mặt phẳng sóng của quang thông khác [quang thông tham chiếu] được sử dụng làm tham chiếu. Giao thoa kế này thường được sử dụng để kiểm tra quang sai thấu kính và đường vân.
Giao thoa kế Michelson sử dụng một gương bán trong suốt duy nhất cho bộ tách chùm và bộ kết hợp chùm tia. Trong giao thoa kế Mach-Zehnder, các gương bán trong suốt riêng biệt được sử dụng cho bộ tách và bộ kết hợp, và hai quang thông được tách ra rất nhiều. 3 Nó có cấu trúc của. Do đó, một đối tượng thử nghiệm lớn có thể được sử dụng, và không giống như giao thoa kế Michelson, có nhiều điểm thuận tiện như thông lượng ánh sáng truyền qua đối tượng thử nghiệm chỉ từ một hướng. Do đó, nó được sử dụng cho các thí nghiệm quy mô lớn như đo chất lỏng trong đường hầm gió và đo plasma nhiệt độ siêu cao.
Giao thoa kế JaminGiao thoa kế Jamin Jamin, còn được gọi là giao thoa kế, được phát minh ra trước giao thoa kế Michelson để sử dụng giao thoa kế để đo chính xác chỉ số khúc xạ khí. Mỗi tấm trong số hai tấm phẳng song song trong suốt dày được sử dụng như một bộ tách chùm và một bộ kết hợp chùm tia. Bốn Nó được cấu hình như sau. Ánh sáng từ nguồn sáng rộng rãi trở thành hai quang thông song song tại bộ tách chùm G 1 , sau đó tập hợp lại tại bộ kết hợp G 2 có cùng kích thước với bộ tách và đi vào hệ thống quang học tele. Nếu đặt chính xác hai bản phẳng song song thì hiệu giữa hai quang tâm là như nhau và không xảy ra vân giao thoa. Tuy nhiên, khi xoay nhẹ G 2 , các vân giao thoa tuyến tính song song với trục quay được quan sát ở vô cùng. Thoạt nhìn, đây trông giống như một rìa giao thoa có độ dày bằng nhau, nhưng cần lưu ý rằng hai quang thông song song và là những vân giao thoa có độ nghiêng bằng nhau. Khi cho một trong hai ống hấp thụ có cùng chiều dài t đặt trong quang thông bị hút đi và đặt một chất khí có chiết suất n vào ống kia thì lượng dịch chuyển m của các vân giao thoa là
m = [ n -1] t
Vì nó được đại diện bởi, n là bắt buộc từ bây giờ.
Giao thoa kế Fabry-Perot Trong giao thoa kế hai quang thông thông thường, sự phân bố cường độ của các vân giao thoa đối với ánh sáng đơn sắc là hình sin, nhưng nếu chia quang thông thành một số lớn và mỗi quang thông có một hiệu số quang học nhất định rồi bị giao thoa thì phân bố cường độ của các vân giao thoa. Được làm sắc nét và cải thiện sự phân tách của các tua, đồng thời, có thể dễ dàng đo lượng chuyển động. Đây là một đặc điểm của giao thoa đa quang thông. Giao thoa kế Fabry-Perot là một ví dụ điển hình của giao thoa kế sử dụng giao thoa quang thông đa năng. Các vân giao thoa nghiêng tương đương đồng tâm được tạo ra đối với nguồn sáng lan truyền.
Etalon Quang phổ giao thoa Giao thoa kế vô tuyến
Shigeo Minami