Interferometrat dhe aplikimi i tyre. Shembuj të interferometrave Përcaktimi i përqendrimit të tretësirave duke përdorur një interferometër Rayleigh

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 qarkut, ekziston një lente që bashkon të dy rrezet për të marrë skajet e ndërhyrjes në fokusin e tij.

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

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 interferenci 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

Pnterferometri Rayleigh (refraktometri i ndërhyrjes) - një interferometër për matjen e indekseve të thyerjes, bazuar në fenomenin e difraksionit të dritës në dy çarje paralele. Diagrami i Interferometrit Rayleigh është paraqitur në (Fig. 10) në projeksione vertikale dhe horizontale.

Një çarje me ndriçim të shkëlqyeshëm me gjerësi të vogël S shërben si një burim drite i vendosur në rrafshin fokal të objektivit O 1 . Një rreze paralele rrezesh që dalin nga O 1 kalon nëpër një diafragmë D me dy vrima paralele dhe tuba R 1 dhe R 2 në të cilat futen gazrat ose lëngjet e studiuara. Tubat janë me gjatësi të barabartë dhe zënë vetëm gjysmën e sipërme të hapësirës ndërmjet O 1 dhe objektivit të teleskopit O 2 . Si rezultat i ndërhyrjes së difraksionit të dritës në të çarat e hapjes D, në rrafshin fokal të objektivit O 2 formohen dy sisteme të skajeve të ndërhyrjes në vend të imazhit të çarjes S, të cilat tregohen skematikisht në Fig. 10. Sistemi i sipërm i brezave formohet nga rrezet që kalojnë nëpër tubat R 1 dhe R 2, dhe ai i poshtëm nga rrezet që kalojnë pranë tyre. Skajet e ndërhyrjes vëzhgohen duke përdorur një okular cilindrik O 3 me fokus të shkurtër. Në varësi të ndryshimit në indekset e thyerjes n 1 dhe n 2 të substancave të vendosura në R 1 dhe R 2, sistemi i sipërm i brezave do të zhvendoset në një drejtim ose në një tjetër. Duke matur madhësinë e kësaj përzierjeje, mund të llogaritet n 1 - n 2 . Sistemi i poshtëm i shiritave është i palëvizshëm, dhe zhvendosjet e sistemit të sipërm llogariten prej tij. Kur çarja S ndriçohet me dritë të bardhë, skajet qendrore të të dy modeleve të ndërhyrjes janë akromatike dhe skajet në të djathtë dhe në të majtë të tyre janë me ngjyra. Kjo e bën më të lehtë gjetjen e brezave qendrorë. Matja e lëvizjes së sistemit të shiritit të sipërm kryhet duke përdorur një kompensues, i cili paraqet një ndryshim fazor shtesë midis trarëve që kalojnë nëpër R 1 dhe R 2 derisa sistemet e shiritit të sipërm dhe të poshtëm të përkojnë. Me interferometrin Rayleigh, arrihet një saktësi shumë e lartë matjeje deri në shifrën e 7-të dhe madje të 8-të dhjetore. Interferometri Rayleigh përdoret për të zbuluar papastërtitë e vogla në ajër, në ujë, për të analizuar gazrat e zjarrit dhe të furrës dhe për qëllime të tjera.

Një interferometër tejzanor është një pajisje për matjen e shpejtësisë së fazës dhe koeficientit të përthithjes, parimi i të cilit bazohet në ndërhyrjen e valëve akustike. Interferometër tipik tejzanor (Figura...

Interferometrat dhe aplikimet e tyre

Interferometri Jamin (refraktometri i ndërhyrjes) është një interferometër për matjen e indekseve të thyerjes së gazeve dhe lëngjeve, si dhe për përcaktimin e përqendrimit të papastërtive në ajër. Interferometri Jamin (Fig. 3...

Interferometrat dhe aplikimet e tyre

INTERFEROMETRI I YJEVE - një interferometër për matjen e madhësive këndore të yjeve dhe distancat këndore ndërmjet yjeve binarë. Nëse distanca këndore midis dy yjeve është shumë e vogël, ato mund të shihen përmes një teleskopi si një yll...

Interferometrat dhe aplikimet e tyre

INTERFEROMETRI I INTENZITETIT - një pajisje në të cilën matet koeficienti i korrelacionit të intensitetit të rrezatimit të marrë në dy pika të ndara ...

Interferometrat dhe aplikimet e tyre

Interferometri Michelson është një nga qarqet skeletore të interferometrit më të zakonshëm, i projektuar për aplikime të ndryshme në rastin kur shtrirja hapësinore e objekteve që gjenerojnë valë ndërhyrëse ...

Interferometrat dhe aplikimet e tyre

Interferometri i Rozhdestvensky është një interferometër me dy rreze i përbërë nga 2 pasqyra M1, M2 dhe dy pllaka paralele të tejdukshme P1, P2 (Fig. 8.); M1, P1 dhe M2, P2 janë instaluar në çifte paralelisht ...

Interferometrat dhe aplikimet e tyre

INTERFEROMETRI FABRY-PEROT është një pajisje spektrale me interferencë me shumë rreze me shpërndarje dydimensionale, e cila ka rezolucion të lartë. Përdoret si pajisje me zbërthim hapësinor të rrezatimit në spektër dhe fotografik...

optika kuantike

Nga shqyrtimi i ligjeve Stefan-Boltzmann dhe Wien, rezulton se qasja termodinamike për zgjidhjen e problemit të gjetjes së funksionit universal Kirchhoff r?,T nuk dha rezultatet e dëshiruara...

Zhvillimi i pikëpamjeve mbi natyrën e dritës. Fenomeni i interferencës së dritës

Natyrisht, parimi i ndërhyrjes mund të zbatohet jo vetëm për vëzhgimet e baktereve, por edhe për vëzhgimet e yjeve. Është kaq e qartë ...

teoria e qiellit blu

Cilat hipoteza nuk u parashtruan në kohë të ndryshme për të shpjeguar ngjyrën e qiellit. Duke parë sesi tymi në sfondin e një oxhaku të errët merr një ngjyrë kaltërosh, Leonardo da Vinci shkroi: "... drita mbi errësirën bëhet blu, aq më e bukur ...

Një rreze paralele drite bie mbi një pllakë xhami M 1 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 interferencash 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.

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 vëzhguar i ndërhyrjes është i barabartë me ndërhyrjen në një pllakë ajri me një 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.

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.

Komentoni. 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 kushtet kufitare dhe fillestare përkatëse. 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: .

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:

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 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 përgjatë një rrethi që shtrihet 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 .

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.

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: .

Komentoni. 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.

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: , .

AGJENCIA FEDERALE PËR ARSIM

INSTITUCIONI ARSIMOR SHTETËROR I ARSIMIT TË LARTË PROFESIONAL

UNIVERSITETI TEKNIK SHTETËROR DON

Departamenti i Fizikës

Udhëzime për punën laboratorike № 12

në fizikë

(Seksioni "Optika")

Rostov-on-Don 2011

Përpiloi: Doktor i Shkencave Teknike, prof. S.I. Egorova,

Ph.D., Asoc. NË. Egorov,

Kandidati i Shkencave Fizike Matematike, Doc. G.F. Lemeshko.

"Përcaktimi i përqendrimit të tretësirave duke përdorur një interferometër Rayleigh": Metoda. udhëzimet. - Rostov n / a: Qendra Botuese DSTU, 2011. - 8 f.

Publikuar me vendim të Komisionit Metodologjik të Fakultetit të Nanoteknologjisë dhe Materialeve të Përbëra

Redaktor shkencor prof., d.t.s. V.S. Kunakov

© Qendra Botuese DSTU, 2011

Objektiv: 1. Të studiohet parimi i funksionimit të interferometrit Rayleigh.

2. Studioni dukuritë e interferencës duke përdorur një interferometër Rayleigh.

3. Përcaktoni përqendrimin e alkoolit etilik në ujë.

Pajisjet: Interferometër Rayleigh, kuveta me tretësirë ​​provë.

Teori e shkurtër

Ndërhyrje - ky është mbivendosja e valëve koherente, në të cilën ndodh rishpërndarja hapësinore e fluksit të dritës, si rezultat i së cilës në disa vende shfaqen maksimumet, dhe në disa vende minimale në intensitetin e dritës.

koherente quhen valë të së njëjtës frekuencë dhe ndryshim fazor konstant. Për të marrë valë koherente, është e nevojshme të ndahet rreze e dritës që buron nga një burim.

Një model interferenci mund të merret duke përdorur pajisjen ITR-1, e cila bazohet në skemën e interferometrit Rayleigh, në të cilën modeli i ndërhyrjes merret nga dy rreze koherente drite që kalojnë nëpër dy çarje paralele (Fig. 1).

drita nga burimi 1 (llambë inkandeshente) montohet duke përdorur një kondensator në një çarë 2 të vendosura në rrafshin fokal të thjerrëzës së kolimatorit 3 . Një rreze paralele rrezesh që dalin nga thjerrëza ndahet nga dy të çara hapjeje 4 . Këto lojëra elektronike mund të konsiderohen si dy burime të valëve dytësore të dritës që janë koherente.

Rrezet koherente të dritës kalojnë nëpër thjerrëza 6 , për më tepër, pjesa e sipërme e trarëve kalon nëpër kuveta 5 (Fig. 1), dhe pjesa e poshtme drejtohet drejtpërdrejt në lente. Si rezultat, dy palë rreze koherente ndërhyjnë në rrafshin fokal të objektivit. Modeli i ndërhyrjes i formuar nga dy çarje është një sistem me vija të errëta dhe të lehta. Pozicioni i brezit të errët (kushti minimal) ose i lehtë (gjendja maksimale) përcaktohet nga ndryshimi i rrugës optike të rrezeve ndërhyrëse:

- gjendja maksimale, (1)

- kusht minimal, (2)

ku - diferenca e rrugës optike, e cila është e barabartë me diferencën në gjatësitë e rrugëve optike, d.m.th.
, (3)

këtu
- indekset refraktive,
- shtigjet e përshkuara nga drita, - gjatësia e valës së dritës
- renditja e maksimumit ose minimumit.

Vëzhgimi kryhet përmes okularit 7 (Fig. 1).

Modeli i ndërhyrjes është paraqitur në Fig.2. Rrezet që kalojnë nga kuvetat formojnë modelin më të ulët të ndërhyrjes, dhe rrezet që kalojnë nëpër kuvetat formojnë atë të sipërm. Një ndryshim shtesë në rrugën e rrezeve në kuveta shkakton një zhvendosje të sistemit të sipërm në krahasim me atë të poshtëm. Nëse qelizat janë të mbushura me gazra ose lëngje me indekse të ndryshme refraktive, atëherë do të shfaqet një ndryshim shtesë i rrugës, i përcaktuar nga formula (3).

Me ndihmën e një pajisjeje kompensuese, sistemet e shiritave mund të kombinohen (Fig. 3).

Në këtë punë, kuveta me të njëjtën gjatësi ( ). Njëra prej tyre përmban ujë të distiluar, dhe tjetra përmban një zgjidhje të alkoolit etilik në ujë. Prandaj, ndryshimi shtesë në rrugën e rrezeve:

, (4)

ku - gjatësia e kuvetës,
janë përkatësisht indekset e thyerjes së tretësirës dhe ujit të distiluar.

Interferometër Rayleigh

Pnterferometri Rayleigh (refraktometri i ndërhyrjes) - një interferometër për matjen e indekseve të thyerjes, bazuar në fenomenin e difraksionit të dritës në dy çarje paralele. Diagrami i Interferometrit Rayleigh është paraqitur në (Fig. 10) në projeksione vertikale dhe horizontale.

Një çarje me ndriçim të shkëlqyeshëm me gjerësi të vogël S shërben si një burim drite i vendosur në rrafshin fokal të objektivit O 1 . Një rreze paralele rrezesh që dalin nga O 1 kalon nëpër një diafragmë D me dy vrima paralele dhe tuba R 1 dhe R 2 në të cilat futen gazrat ose lëngjet e studiuara. Tubat janë me gjatësi të barabartë dhe zënë vetëm gjysmën e sipërme të hapësirës ndërmjet O 1 dhe objektivit të teleskopit O 2 . Si rezultat i ndërhyrjes së difraksionit të dritës në të çarat e hapjes D, në rrafshin fokal të objektivit O 2 formohen dy sisteme të skajeve të ndërhyrjes në vend të imazhit të çarjes S, të cilat tregohen skematikisht në Fig. 10. Sistemi i sipërm i brezave formohet nga rrezet që kalojnë nëpër tubat R 1 dhe R 2, dhe ai i poshtëm nga rrezet që kalojnë pranë tyre. Skajet e ndërhyrjes vëzhgohen duke përdorur një okular cilindrik O 3 me fokus të shkurtër. Në varësi të ndryshimit në indekset e thyerjes n 1 dhe n 2 të substancave të vendosura në R 1 dhe R 2, sistemi i sipërm i brezave do të zhvendoset në një drejtim ose në një tjetër. Duke matur madhësinë e kësaj përzierjeje, mund të llogaritet n 1 - n 2 . Sistemi i poshtëm i shiritave është i palëvizshëm, dhe zhvendosjet e sistemit të sipërm llogariten prej tij. Kur çarja S ndriçohet me dritë të bardhë, skajet qendrore të të dy modeleve të ndërhyrjes janë akromatike dhe skajet në të djathtë dhe në të majtë të tyre janë me ngjyra. Kjo e bën më të lehtë gjetjen e brezave qendrorë. Matja e lëvizjes së sistemit të shiritit të sipërm kryhet duke përdorur një kompensues, i cili paraqet një ndryshim fazor shtesë midis trarëve që kalojnë nëpër R 1 dhe R 2 derisa sistemet e shiritit të sipërm dhe të poshtëm të përkojnë. Me interferometrin Rayleigh, arrihet një saktësi shumë e lartë matjeje deri në shifrën e 7-të dhe madje të 8-të dhjetore. Interferometri Rayleigh përdoret për të zbuluar papastërtitë e vogla në ajër, në ujë, për të analizuar gazrat e zjarrit dhe të furrës dhe për qëllime të tjera.

Interferometër Fabry-Perot

INTERFEROMETRI FABRY-PEROT është një pajisje spektrale me interferencë me shumë rreze me shpërndarje dydimensionale, e cila ka rezolucion të lartë. Përdoret si pajisje me zbërthim hapësinor të rrezatimit në spektër dhe fotogr. regjistrim dhe si pajisje skanimi me regjistrim fotoelektrik. Interferometri Fabry-Pero është një shtresë paralele e një materiali transparent optikisht homogjen, i kufizuar nga rrafshet reflektuese. Interferometri ajror më i përdorur Fabry-Perot përbëhet nga dy pllaka qelqi ose kuarci të vendosura në një distancë të caktuar d nga njëra-tjetra (Fig. 11.). Veshjet me reflektim të lartë depozitohen në rrafshet përballë njëri-tjetrit (të bëra me një saktësi prej 0,01 gjatësi vale). interferometri Fabry-Perot ndodhet midis kolimatorëve; një diafragmë e ndriçuar është instaluar në rrafshin fokal të kolimatorit të hyrjes, i cili shërben si burim drite për interferometrin Fabry-Perot. Një rënie e valës së rrafshët në një interferometër Fabry-Perot si rezultat i reflektimeve të shumta nga pasqyrat dhe një dalje e pjesshme pas çdo reflektimi ndahet në një numër të madh valësh koherente të planit që ndryshojnë në amplitudë dhe fazë. Amplituda e vullneteve koherente zvogëlohet sipas ligjit të progresionit gjeometrik, dhe diferenca midis çdo çifti fqinj të vullneteve koherente që shkojnë në një drejtim të caktuar është konstante dhe e barabartë me

ku n është indeksi i thyerjes së mediumit ndërmjet pasqyrave (për ajrin n=1), u është këndi ndërmjet rrezes dhe normales me pasqyrat. Duke kaluar nëpër thjerrëzën e kolimatorit të daljes, valët koherente ndërhyjnë në rrafshin e tij fokal F dhe formojnë një model të ndërhyrjes hapësinore në formën e unazave me pjerrësi të barabartë (Fig. 12.). Shpërndarja e intensitetit (ndriçimit) në modelin e ndërhyrjes përshkruhet nga shprehja

I \u003d f k BTu / f 2 2,

ku B është shkëlqimi i burimit, f k është transmetimi i thjerrëzave të kolimatorëve. y është zona e seksionit kryq të rrezes paralele boshtore, f 2 është gjatësia fokale e thjerrëzës së kolimatorit të daljes, T është funksioni i transmetimit të interferometrit Fabry-Perot.

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

Ku T max \u003d, k \u003d 2r / l

h \u003d 2 / (1- s), f, c dhe a janë, përkatësisht, koeficientët e transmetimit, reflektimit dhe thithjes së pasqyrave, dhe f + c + a \u003d 1.

Funksioni i transmetimit T, dhe rrjedhimisht shpërndarja e intensitetit, ka një karakter oscilues me maksimum të mprehtë të intensitetit (Fig. 13), pozicioni i të cilit përcaktohet nga kushti

ku m (një numër i plotë) është rendi i spektrit, l është gjatësia e valës. Në mes midis maksimumeve fqinje, funksioni T ka minimale

Meqenëse pozicioni i maksimumit të interferencës varet nga këndi dhe i barabartë me të këndi h i daljes së rrezeve nga pllaka e dytë e qelqit, modeli i ndërhyrjes ka formën e unazave koncentrike (Fig. 12.), e përcaktuar nga gjendje e lokalizuar në zonën e imazhit gjeometrik të diagramit të hyrjes (Fig. 11).

Rrezja e këtyre unazave është e barabartë, nga ku rrjedh se në m = konst ka një varësi të paqartë midis r t dhe l dhe, për rrjedhojë, interferometri Fabry-Pero prodhon një zgjerim hapësinor të rrezatimit në një spektër. Distanca lineare midis maksimumeve të unazave fqinje dhe gjerësisë së këtyre unazave (Fig. 13.) zvogëlohet me rritjen e rrezes, d.m.th. me një rritje në r t, unazat e ndërhyrjes bëhen më të ngushta dhe më të trasha. Gjerësia e unazave?r varet edhe nga koeficienti i reflektimit c dhe zvogëlohet me rritjen e c.

Shkëlqimi i një interferometri real Fabry-Pero është disa qindra herë më i madh se ndriçimi i një spektrometi difraksioni me rezolucion të barabartë, që është avantazhi i tij. Meqenëse interferometri Fabry-Perot, me rezolucion të lartë, ka një zonë shumë të vogël dispersioni, kur punoni me të, është i nevojshëm monokromatizimi paraprak në mënyrë që gjerësia e spektrit në studim të jetë më e vogël se? l. Për këtë qëllim, shpesh përdoren pajisje me dispersion të kryqëzuar, duke kombinuar interferometrin Fabry-Perot me një prizëm ose spektrograf difraksioni, në mënyrë që drejtimet e dispersionit të interferometrit Fabry-Pero dhe spektrografit të jenë reciproke pingul. Ndonjëherë, për të rritur rajonin e dispersionit, përdoret një sistem prej dy interferometrash Fabry-Pero të vendosur njëri pas tjetrit me distanca të ndryshme d, në mënyrë që raporti i tyre d 1 / d 2 të jetë i barabartë me një numër të plotë. Pastaj rajoni i dispersionit?l përcaktohet nga një interferometër "më i hollë" Fabry-Perot, dhe fuqia zgjidhëse përcaktohet nga një "më i trashë". Kur instalohen dy interferometra identikë Fabry-Pero, fuqia zgjidhëse rritet dhe kontrasti i modelit të ndërhyrjes rritet.

Interferometrat Fabry-Perot përdoren gjerësisht në rajonet ultravjollcë, të dukshme dhe infra të kuqe të spektrit për të studiuar strukturën e imët dhe hiperfine të linjave spektrale, për të studiuar strukturën e modalitetit të rrezatimit lazer, etj. Interferometri Fabry-Perot përdoret gjithashtu si një rezonator në lazer.