7. مقياس تداخل رايلي

مقياس تداخل رايلي (مقياس انكسار التداخل) - مقياس تداخل لقياس معاملات الانكسار، استنادًا إلى ظاهرة حيود الضوء على شقين متوازيين. يتم عرض مخطط تداخل رايلي في (الشكل 10) في إسقاطات رأسية وأفقية.

تعمل فتحة مضيئة ذات عرض صغير S كمصدر للضوء يقع في المستوى البؤري للعدسة O 1 . يمر شعاع متوازي من الأشعة الخارجة من O 1 عبر الحجاب الحاجز D ذو شقين متوازيين وأنبوبين R 1 و R 2 يتم إدخال الغازات أو السوائل قيد الدراسة فيها. الأنابيب لها نفس الأطوال وتشغل فقط النصف العلوي من المساحة بين O 1 وعدسة التلسكوب O 2. نتيجة لتداخل حيود الضوء على شقوق الحجاب الحاجز D، في المستوى البؤري للعدسة O 2، بدلاً من صورة الشق S، يتم تشكيل نظامين من هامش التداخل، كما هو موضح تخطيطيًا في الشكل. 10 . يتكون النظام العلوي من الخطوط من الأشعة التي تمر عبر الأنابيب R 1 و R 2، والنظام السفلي من الأشعة التي تمر عبرهما. وقد لوحظت هامش التداخل باستخدام عدسة أسطوانية قصيرة التركيز O 3 . اعتمادًا على الاختلاف في معاملات الانكسار n 1 و n 2 للمواد الموضوعة في R 1 و R 2، سيتم إزاحة النظام العلوي للنطاقات في اتجاه أو آخر. وبقياس حجم هذا الاختلاط يمكن حساب n 1 – n 2 . النظام السفلي من الشرائط ثابت، ويتم قياس حركات النظام العلوي منه. عندما يتم إضاءة الشق S بالضوء الأبيض، تكون الخطوط المركزية لكلا نمطي التداخل عديمة اللون، وتكون الخطوط الموجودة على اليمين واليسار ملونة. وهذا يجعل من السهل اكتشاف الخطوط المركزية. يتم قياس حركة النظام العلوي للشرائط باستخدام معوض، والذي يقدم فرق طور إضافي بين الأشعة التي تمر عبر R 1 و R 2 حتى يتم دمج الأنظمة العلوية والسفلية للشرائط. باستخدام مقياس تداخل رايلي، يتم تحقيق دقة قياس عالية جدًا تصل إلى المنزلة العشرية السابعة وحتى الثامنة. يُستخدم مقياس تداخل رايلي للكشف عن الشوائب الصغيرة في الهواء والماء ولتحليل غازات المناجم والأفران ولأغراض أخرى.

مقياس التداخل بالموجات فوق الصوتية هو جهاز لقياس سرعة الطور ومعامل الامتصاص، ويعتمد مبدأ تشغيله على تداخل الموجات الصوتية. مقياس التداخل بالموجات فوق الصوتية النموذجي (الشكل...

مقاييس التداخل وتطبيقاتها

مقياس تداخل جامين (مقياس إنكسار التداخل) هو مقياس تداخل لقياس معاملات انكسار الغازات والسوائل، وكذلك لتحديد تركيز الشوائب في الهواء. مقياس تداخل جامين (الشكل 3...

مقاييس التداخل وتطبيقاتها

مقياس التداخل النجمي - مقياس التداخل لقياس الأحجام الزاوية للنجوم والمسافات الزاوية بينها نجوم مزدوجة. إذا كانت المسافة الزاوية بين نجمين صغيرة جداً، فإنهما يظهران بالتلسكوب كنجم واحد...

مقاييس التداخل وتطبيقاتها

مقياس تداخل الكثافة - جهاز يتم فيه قياس معامل الارتباط لشدة الإشعاع المستقبل عند نقطتين متباعدتين...

مقاييس التداخل وتطبيقاتها

يعد مقياس تداخل ميشيلسون واحدًا من أكثر تصميمات مقياس التداخل الهيكلي شيوعًا المصممة خصيصًا تطبيقات مختلفةفي الحالة التي يكون فيها المزيج المكاني للأجسام يولد موجات متداخلة...

مقاييس التداخل وتطبيقاتها

مقياس التداخل Rozhdestvensky عبارة عن مقياس تداخل ثنائي الشعاع يتكون من مرآتين M1 و M2 ولوحين شفافين متوازيين P1 و P2 (الشكل 8.) ؛ يتم تثبيت M1 وP1 وM2 وP2 في أزواج بالتوازي...

مقاييس التداخل وتطبيقاتها

FABRY-PEROT INTERFEROMETER هو جهاز طيفي للتداخل متعدد الحزم مع تشتت ثنائي الأبعاد وبدقة عالية. يتم استخدامه كجهاز للتحلل المكاني للإشعاع إلى طيف وصورة.

البصريات الكمومية

من النظر في قوانين ستيفان-بولتزمان وفين يترتب على ذلك أن النهج الديناميكي الحراري لحل مشكلة إيجاد دالة كيرشوف العالمية r؟,T لم يعط النتائج المرجوة...

تطوير وجهات النظر حول طبيعة الضوء. ظاهرة تداخل الضوء

وبطبيعة الحال، يمكن تطبيق مبدأ التداخل عند مراقبة ليس فقط البكتيريا، ولكن أيضًا عند مراقبة النجوم. من الواضح جدا...

نظرية السماء الزرقاء

ما هي الفرضيات التي لم يتم طرحها وقت مختلفلتفسير لون السماء. كتب ليوناردو دافنشي وهو يلاحظ كيف يكتسب الدخان على خلفية المدفأة المظلمة لونًا مزرقًا: "... الضوء فوق الظلام يصبح أزرقًا ، كل ذلك أجمل ...

مقياس تداخل رايلي

الرسوم المتحركة

وصف

يعد مقياس تداخل رايلي أحد أجهزة التداخل الأكثر حساسية للاختلاف في توغلات الطور للموجات، مما يسمح باستخدامه لتحديد معاملات انكسار الغازات بدقة عند ضغط قريب من الغلاف الجوي (عند هذا الضغط يختلف معامل الانكسار المقابل عن الوحدة في العلامة العشرية الرابعة أو الخامسة).

يظهر الشكل 1 تمثيلًا تخطيطيًا لتصميم مقياس تداخل رايلي. 1.

رسم تخطيطي لتصميم مقياس تداخل رايلي

أرز. 1

يتم تحويل شعاع الضوء الصادر من مصدر نقطي تقريبًا S، الموجود في بؤرة العدسة، بواسطة هذه العدسة إلى شعاع متوازي. علاوة على ذلك، يوجد خلف العدسة غشاء به فتحتين متماثلتين بالنسبة للمحور الرئيسي للنظام - المصادر الثانوية S 1 و S 2، التي تشكل شعاعين رفيعين متوازيين. يتم بعد ذلك تركيز هذه الحزم بواسطة عدسة ثانية على شاشة تقع في المستوى البؤري لها. والنتيجة هي نمط تداخل للأهداب الأفقية، كما هو موضح في الشكل. في هذه الحالة، في حالة عدم وجود كائنات إضافية ذات مؤشرات انكسار n 1 (الخلية التي تحتوي على الغاز قيد الدراسة) وn 2 (معوض إزاحة الطور مع تحول طور متحكم فيه معروف للإشعاع البصري فيه) على طول انتشار الشعاع بين العدسات، يقع الحد الأقصى الصفري لنمط التداخل على محور النظام. الحد الأقصى الصفري هو الحد الأقصى المقابل للفرق الصفري في مسار الموجات D التي تشكل نمط التداخل. عند استخدام إشعاع النطاق العريض (على سبيل المثال، الضوء الطبيعي)، يمكن تمييزه بسهولة عن الحد الأقصى للترتيب الأعلى m:

د = م ل 0،

حيث l 0 هو الطول الموجي المركزي لطيف الإشعاع.

في الواقع، من السهل أن نفهم أنه الوحيد الذي يتمتع باللون الأبيض الأصلي، في حين أن الحدود القصوى للطلبات الأعلى "تمتد إلى الطيف" نظرًا لحقيقة أن الظروف القصوى تتحقق عند إزاحات مختلفة من مركز الصورة لأطوال موجية مختلفة من طيف الشعاع.

إذا أدخلنا الآن إلى شعاعين ينتشران في فضاء العدسات البينية (ما يسمى بأذرع مقياس التداخل) خلية بطول L مع الغاز قيد الدراسة n 1، وتأخير بصري متحكم فيه n 2 (على سبيل المثال، نفس الخلية ذات غاز يعتمد معامل انكساره على الضغط معروفًا) ، فستتلقى الحزم فرقًا إضافيًا في المسار:

د 1 = ل(ن 2 -ن 1).

وبالتالي، فإن هامش الصفر لنمط التداخل سوف يتحول، وسيكتسب مركز الحقل اللون.

"لإعادة الصورة إلى مكانها الصحيح"، من الضروري مساواة معاملات الانكسار للغاز قيد الدراسة والغاز المرجعي في اثنين من الكوفيت، وهو ما يتم تحقيقه عن طريق تغيير ضغط الأخير. ونتيجة لذلك، من خلال استعادة مركزية النطاق "الأبيض" الصفري (ويمكن القيام بذلك بدقة كبيرة، حوالي 1/40 من النطاق، D m Ј 1/40)، نحصل على معلومات دقيقة حول معامل الانكسار لـ الغاز قيد الدراسة. تتيح الأدوات الحقيقية، المصنوعة وفقًا لدائرة مقياس تداخل رايلي، قياس الاختلافات في معامل الانكسار عن الوحدة باستخدام الصيغة:

(ن-1)= ل 0 د م/ل » 10 -8 .

خصائص التوقيت

وقت البدء (سجل من -8 إلى -7)؛

مدى الحياة (سجل tc من -7 إلى 15)؛

وقت التدهور (سجل td من -8 إلى -7)؛

وقت التطوير الأمثل (سجل tk من -6 إلى -5).

رسم بياني:

التطبيقات الفنية للتأثير

الوكالة الفيدرالية للتعليم

المؤسسة التعليمية الحكومية للتعليم المهني العالي

جامعة دون الحكومية التقنية

قسم الفيزياء

تحديد تركيز المحاليل باستخدام مقياس تداخل رايلي

المبادئ التوجيهية للعمل المختبري № 12

في الفيزياء

(قسم "البصريات")

روستوف على نهر الدون 2011

إعداد: دكتور في العلوم التقنية، أ. إس.آي. إيجوروفا،

دكتوراه، أستاذ مشارك في. إيجوروف،

دكتوراه، أستاذ مشارك جي.اف. ليمشكو.

"تحديد تركيز المحاليل باستخدام مقياس تداخل رايلي": الطريقة. تعليمات. - روستوف غير متوفر: مركز النشر DSTU، 2011. - 8 ص.

صدر بقرار من اللجنة المنهجية لكلية “تقنيات النانو والمواد المركبة”

المحرر العلمي البروفيسور دكتور في العلوم التقنية ضد. كوناكوف

© مركز النشر DSTU، 2011

الهدف من العمل: 1. دراسة مبدأ تشغيل مقياس تداخل رايلي.

2. دراسة ظاهرة التداخل باستخدام مقياس تداخل رايلي.

3. تحديد تركيز الكحول الإيثيلي في الماء.

معدات: مقياس تداخل رايلي، الكوفيتات مع حلول الاختبار.

نظرية مختصرة

التشوش - هذا هو تراكب الموجات المتماسكة، حيث يحدث إعادة توزيع مكاني لتدفق الضوء، ونتيجة لذلك تظهر الحدود القصوى في بعض الأماكن والحد الأدنى لشدة الضوء في أماكن أخرى.

متماسك تسمى الموجات التي لها نفس التردد وفرق الطور الثابت. وللحصول على موجات متماسكة لا بد من تقسيم شعاع ضوئي منبعث من مصدر واحد.

يمكن الحصول على نمط التداخل باستخدام جهاز ITR-1، الذي يعتمد على دائرة مقياس تداخل رايلي، حيث يتم الحصول على نمط التداخل من شعاعين ضوئيين متماسكين يمران عبر شقين متوازيين (الشكل 1).

الضوء من المصدر 1 يتم جمع (المصباح المتوهج) باستخدام مكثف على الشق 2 ، وتقع في المستوى البؤري للعدسة الموازاة 3 . يتم فصل شعاع متوازي من الأشعة الخارجة من العدسة بواسطة شقين في الحجاب الحاجز 4 . ويمكن اعتبار هذه الشقوق مصدرين لموجات الضوء الثانوية المتماسكة.

تمر أشعة ضوئية متماسكة عبر العدسة 6 ، والجزء العلوي من الحزم يمر عبر الترعة 5 (الشكل 1)، ويتم توجيه الجزء السفلي مباشرة إلى العدسة. ونتيجة لذلك، يحدث تداخل بين زوجين من الحزم المتماسكة في المستوى البؤري للعدسة. نمط التداخل المتكون من شقين هو نظام من الخطوط الداكنة والفاتحة. يتم تحديد موضع النطاق المظلم (الحالة الدنيا) أو النطاق الفاتح (الحالة القصوى) من خلال الاختلاف البصري في مسار الأشعة المسببة للتداخل:

- الحالة القصوى (1)

- شرط الحد الأدنى، (2)

أين - فرق المسار البصري، وهو يساوي الفرق في أطوال المسار البصري، أي.
, (3)

هنا
- مؤشرات الانكسار،
- المسارات التي يجتازها الضوء، - الطول الموجي للضوء،
- ترتيب الحد الأقصى أو الأدنى.

تتم المراقبة من خلال العدسة 7 (رسم بياني 1).

يظهر نمط التداخل في الشكل 2. تشكل الأشعة التي تمر عبر الترعة نمط التداخل السفلي، وتشكل الأشعة التي تمر عبر الترعة النمط العلوي. يؤدي الاختلاف الإضافي في مسار الأشعة في الترعة إلى إزاحة النظام العلوي مقارنة بالنظام السفلي. إذا كانت الترعة مملوءة بالغازات أو السوائل ذات معاملات انكسار مختلفة، فسيظهر اختلاف إضافي في المسار، تحدده الصيغة (3).

باستخدام جهاز التعويض، يمكن دمج أنظمة الشريط (الشكل 3).

في هذا العمل، تكون الكوفيتات بنفس الطول ( ). يحتوي أحدهما على ماء مقطر والآخر يحتوي على محلول الكحول الإيثيلي في الماء. وبالتالي فإن الفرق الإضافي في مسار الأشعة هو:

, (4)

أين - طول الكوفيت،
هي معاملات الانكسار للمحلول والماء المقطر، على التوالي.

مقياس تداخل رايلي

مقياس تداخل رايلي (مقياس انكسار التداخل) - مقياس تداخل لقياس معاملات الانكسار، استنادًا إلى ظاهرة حيود الضوء على شقين متوازيين. يتم عرض مخطط تداخل رايلي في (الشكل 10) في إسقاطات رأسية وأفقية.

تعمل فتحة مضيئة ذات عرض صغير S كمصدر للضوء يقع في المستوى البؤري للعدسة O 1 . يمر شعاع متوازي من الأشعة الخارجة من O 1 عبر الحجاب الحاجز D ذو شقين متوازيين وأنبوبين R 1 و R 2 يتم إدخال الغازات أو السوائل قيد الدراسة فيها. الأنابيب لها نفس الأطوال وتشغل فقط النصف العلوي من المساحة بين O 1 وعدسة التلسكوب O 2. نتيجة لتداخل حيود الضوء على شقوق الحجاب الحاجز D، في المستوى البؤري للعدسة O 2، بدلاً من صورة الشق S، يتم تشكيل نظامين من هامش التداخل، كما هو موضح تخطيطيًا في الشكل. 10 . يتكون النظام العلوي من الخطوط من الأشعة التي تمر عبر الأنابيب R 1 و R 2، والنظام السفلي من الأشعة التي تمر عبرهما. وقد لوحظت هامش التداخل باستخدام عدسة أسطوانية قصيرة التركيز O 3 . اعتمادًا على الاختلاف في معاملات الانكسار n 1 و n 2 للمواد الموضوعة في R 1 و R 2، سيتم إزاحة النظام العلوي للنطاقات في اتجاه أو آخر. وبقياس حجم هذا الاختلاط يمكن حساب n 1 – n 2 . النظام السفلي من الشرائط ثابت، ويتم قياس حركات النظام العلوي منه. عندما يتم إضاءة الشق S بالضوء الأبيض، تكون الخطوط المركزية لكلا نمطي التداخل عديمة اللون، وتكون الخطوط الموجودة على اليمين واليسار ملونة. وهذا يجعل من السهل اكتشاف الخطوط المركزية. يتم قياس حركة النظام العلوي للشرائط باستخدام معوض، والذي يقدم فرق طور إضافي بين الأشعة التي تمر عبر R 1 و R 2 حتى يتم دمج الأنظمة العلوية والسفلية للشرائط. باستخدام مقياس تداخل رايلي، يتم تحقيق دقة قياس عالية جدًا تصل إلى المنزلة العشرية السابعة وحتى الثامنة. يُستخدم مقياس تداخل رايلي للكشف عن الشوائب الصغيرة في الهواء والماء ولتحليل غازات المناجم والأفران ولأغراض أخرى.

مقياس تداخل فابري-بيرو

FABRY-PEROT INTERFEROMETER هو جهاز طيفي للتداخل متعدد الحزم مع تشتت ثنائي الأبعاد وبدقة عالية. يستخدم كجهاز للتحلل المكاني للإشعاع إلى طيف وصور فوتوغرافية. التسجيل وكجهاز مسح مع التسجيل الكهروضوئي. مقياس التداخل Fabry-Perot عبارة عن طبقة متوازية المستوى من مادة شفافة متجانسة بصريًا، ومحدودة بمستويات عاكسة. يتكون مقياس تداخل الهواء Fabry-Perot الأكثر استخدامًا على نطاق واسع من لوحين من الزجاج أو الكوارتز يقعان على مسافة معينة d من بعضهما البعض (الشكل 11.). يتم تطبيق طبقات عاكسة للغاية على الطائرات التي تواجه بعضها البعض (مصنوعة بدقة 0.01 طول موج). يقع مقياس التداخل Fabry-Perot بين الموازاة. يتم تثبيت حاجز مضيء في المستوى البؤري لموازاة الإدخال، ليكون بمثابة مصدر ضوء لمقياس تداخل فابري-بيرو. موجة الطائرة، الحادث على مقياس تداخل Fabry-Perot نتيجة الانعكاسات المتعددة من المرايا والإخراج الجزئي بعد كل انعكاس، ينقسم إلى عدد كبير من الموجات المتماسكة المستوية التي تختلف في السعة والطور. تتناقص سعة الإرادات المتماسكة طبقاً لقانون المتوالية الهندسية، ويكون الفرق في المسار بين كل زوج متجاور من الإرادات المترابطة التي تتحرك في اتجاه معين ثابتاً ومتساوياً

حيث n هو معامل انكسار الوسط بين المرايا (للهواء n=1)، وهي الزاوية بين الشعاع والعمودي بالنسبة للمرايا. بعد المرور عبر عدسة موازاة الخرج، تتداخل الموجات المتماسكة في المستوى البؤري F وتشكل نمط تداخل مكاني على شكل حلقات متساوية الميل (الشكل 12.). يتم وصف توزيع الكثافة (الإضاءة) في نمط التداخل بالتعبير

أنا =و ك BTу/و 2 2,

حيث B هو سطوع المصدر، و f k هو نفاذية العدسات الموازاة. y هي مساحة المقطع العرضي للحزمة المتوازية المحورية، f 2 هو البعد البؤري لعدسة ميزاء الخرج، T هي وظيفة النقل لمقياس تداخل Fabry-Perot.

T= T ماكس (1+з 2 خطيئة 2 ك؟) -1

حيث T max = , k = 2r/l

z = 2/(1- c)، f، c وa هي معاملات النفاذية والانعكاس والامتصاص للمرايا، على التوالي، وf + c + a = 1.

تتميز وظيفة النقل T، وبالتالي توزيع الكثافة، بطابع متذبذب بحد أقصى لشدة حادة (الشكل 13)، ويتم تحديد موضعها من الحالة

حيث m (عدد صحيح) هو ترتيب الطيف، l هو الطول الموجي. في المنتصف بين الحد الأقصى المجاور، يكون للدالة T حد أدنى

منذ الموقف الحد الأقصى للتداخليعتمد على الزاوية والزاوية المتساوية h لخروج الأشعة من اللوحة الزجاجية الثانية، عندها يكون نمط التداخل على شكل حلقات متحدة المركز (الشكل 12)، تتحدد من الحالة المترجمة في منطقة الصورة الهندسية لمخطط الإدخال (الشكل 11).

نصف قطر هذه الحلقات متساوٍ، مما يعني أنه عند m = const توجد علاقة لا لبس فيها بين r m و r، وبالتالي، ينتج مقياس تداخل Fabry-Perot تحللًا مكانيًا للإشعاع في الطيف. تتناقص المسافة الخطية بين الحد الأقصى للحلقات المجاورة وعرض هذه الحلقات (الشكل 13.) مع زيادة نصف القطر، أي مع زيادة r t، تصبح حلقات التداخل أضيق وأكثر كثافة. عرض الحلقات يعتمد أيضًا على معامل الانعكاس c ويتناقص مع زيادة c.

إن نسبة الفتحة لمقياس تداخل فابري-بيرو الحقيقي أكبر بعدة مئات من المرات من نسبة الفتحة لمطياف الحيود ذي الدقة المتساوية، وهي ميزته. نظرًا لأن مقياس تداخل Fabry-Perot، الذي يتمتع بقدرة تحليل عالية، يحتوي على منطقة تشتت صغيرة جدًا، عند العمل معه، فإن اللون الأحادي الأولي ضروري بحيث يكون عرض الطيف قيد الدراسة أصغر. لهذا الغرض، غالبًا ما يتم استخدام أدوات التشتت المتقاطعة، التي تجمع بين مقياس تداخل فابري-بيرو مع منشور أو مطياف حيود بحيث تكون اتجاهات تشتت مقياس تداخل فابري-بيرو ومرسم الطيف متعامدين بشكل متبادل. في بعض الأحيان، لزيادة مساحة التشتت، يتم استخدام نظام مكون من مقياسي تداخل Fabry-Perot موضوعين أحدهما خلف الآخر بمسافات مختلفة d، بحيث تكون نسبتهما d 1 / d 2 تساوي عددًا صحيحًا. ثم يتم تحديد منطقة التشتت بواسطة مقياس تداخل فابري-بيرو "الأرق"، ويتم تحديد قوة التحليل بواسطة مقياس "الأكثر سمكًا". عند تركيب جهازي قياس تداخل Fabry-Perot متماثلين، تزداد قوة التحليل ويزداد تباين نمط التداخل.

تُستخدم مقاييس التداخل Fabry-Perot على نطاق واسع في الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والمرئية مناطق الأشعة تحت الحمراءالطيف عند دراسة البنية الدقيقة والمتناهية الصغر للخطوط الطيفية، لدراسة بنية وضع إشعاع الليزر، وما إلى ذلك. يستخدم مقياس التداخل Fabry-Perot أيضًا كرنان في أجهزة الليزر.