7. Rayleigh interferometri

RAYLEIGH INTERFEROMETTER (interferensial refractometer) - iki paralel yarıqda işığın difraksiyası fenomeninə əsaslanan sındırma göstəricilərinin ölçülməsi üçün interferometr. Rayleigh Interferometer diaqramı (Şəkil 10) şaquli və üfüqi proyeksiyalarda təqdim edilmişdir.

Kiçik eni S olan parlaq işıqlı yarıq O 1 lensinin fokus müstəvisində yerləşən işıq mənbəyi kimi xidmət edir. O 1-dən çıxan paralel şüalar, tədqiq olunan qazların və ya mayelərin daxil olduğu iki paralel yarıq və R 1 və R 2 boruları olan diafraqmadan D keçir. Borular eyni uzunluğa malikdir və O 1 ilə teleskopun obyektiv O 2 arasındakı boşluğun yalnız yuxarı yarısını tutur. Diafraqmanın D yarıqlarına difraksiya edən işığın müdaxiləsi nəticəsində linzanın fokus müstəvisində O 2, yarığın S təsvirinin əvəzinə Şəkil 10-da sxematik şəkildə göstərildiyi kimi iki interferensial saçaq sistemi əmələ gəlir. . Zolaqların yuxarı sistemi R 1 və R 2 borularından keçən şüalardan, aşağısı isə onların yanından keçən şüalardan əmələ gəlir. Qısa fokuslu silindrik göz qapağı O 3 istifadə edərək müdaxilə saçaqları müşahidə edilir. R 1 və R 2-də yerləşdirilən maddələrin n 1 və n 2 qırılma göstəricilərindəki fərqdən asılı olaraq, lentlərin yuxarı sistemi bu və ya digər istiqamətə sürüşəcəkdir. Bu qarışmanın böyüklüyünü ölçməklə n 1 - n 2 hesablana bilər. Aşağı zolaqlar sistemi stasionardır və yuxarı sistemin hərəkətləri ondan ölçülür. S yarığı ağ işıqla işıqlandırıldıqda, hər iki müdaxilə nümunəsinin mərkəzi zolaqları akromatik, onların sağında və solunda yerləşən zolaqlar isə rəngli olur. Bu, mərkəzi zolaqları aşkar etməyi asanlaşdırır. Zolaqların yuxarı sisteminin hərəkətinin ölçülməsi, zolaqların yuxarı və aşağı sistemləri birləşdirilənə qədər R 1 və R 2-dən keçən şüalar arasında əlavə bir faza fərqi təqdim edən bir kompensator istifadə edərək həyata keçirilir. Rayleigh interferometrindən istifadə edərək, 7-ci və hətta 8-ci onluq yerlərinə qədər çox yüksək ölçmə dəqiqliyi əldə edilir. Rayleigh interferometri havada, suda kiçik çirkləri aşkar etmək, mədən və soba qazlarının təhlili və digər məqsədlər üçün istifadə olunur.

Ultrasəs interferometri, iş prinsipi akustik dalğaların müdaxiləsinə əsaslanan faza sürətini və udma əmsalını ölçmək üçün bir cihazdır. Tipik Ultrasəs İnterferometri (Şəkil...

İnterferometrlər və onların tətbiqi

Jamin interferometri (interferensial refraktometr) qazların və mayelərin sındırma göstəricilərini ölçmək, həmçinin havada çirklərin konsentrasiyasını təyin etmək üçün interferometrdir. Jamin interferometri (şək. 3...

İnterferometrlər və onların tətbiqi

ULDUZ İNTERFEROMETRE -- ulduzların bucaq ölçülərini və ulduzlar arasındakı bucaq məsafələrini ölçmək üçün interferometr. ikiqat ulduzlar. İki ulduz arasındakı bucaq məsafəsi çox kiçikdirsə, teleskopda onlar bir ulduz kimi görünür...

İnterferometrlər və onların tətbiqi

İNSANLIQ İNTERFEROMETRİ - bir-birindən aralı iki nöqtədə alınan şüalanma intensivliyinin korrelyasiya əmsalının ölçüldüyü cihaz...

İnterferometrlər və onların tətbiqi

Michelson interferometri üçün nəzərdə tutulmuş ən çox yayılmış skelet interferometr dizaynlarından biridir müxtəlif tətbiqlər müdaxilə edən dalğalar yaradan cisimlərin məkan birləşməsi halında...

İnterferometrlər və onların tətbiqi

Rozhdestvensky interferometer 2 güzgülər M1, M2 və iki paralel şəffaf lövhələr P1, P2 ibarət iki şüa interferometer (Şəkil 8.); M1, P1 və M2, P2 paralel olaraq cüt-cüt quraşdırılır...

İnterferometrlər və onların tətbiqi

FABRY-PEROT İNTERFEROMETRE ikiölçülü dispersiyaya malik, yüksək ayırdetmə qabiliyyətinə malik çox şüalı müdaxilə spektral cihazıdır. O, radiasiyanın spektrə və fotoya məkanda parçalanması ilə bir cihaz kimi istifadə olunur...

Kvant optikası

Stefan-Boltzmann və Wien qanunlarının nəzərdən keçirilməsindən belə çıxır ki, r?,T universal Kirchhoff funksiyasının tapılması məsələsinin həllinə termodinamik yanaşma istənilən nəticəni vermədi...

İşığın təbiəti haqqında fikirlərin inkişafı. İşıq müdaxiləsi fenomeni

Təbii ki, müdaxilə prinsipi təkcə bakteriyaları deyil, ulduzları müşahidə edərkən də tətbiq oluna bilər. O qədər aydındır ki...

Mavi səma nəzəriyyəsi

Hansı fərziyyələr irəli sürülməyib fərqli vaxt səmanın rəngini izah etmək. Qaranlıq kamin fonunda tüstünün necə mavi rəng aldığını müşahidə edən Leonardo da Vinçi yazırdı: “... qaranlığın üstündəki işıq mavi olur, daha da gözəlləşir...

Rayleigh interferometri

Animasiya

Təsvir

Rayleigh interferometri dalğaların faza daxilolmalarının fərqinə ən həssas müdaxilə cihazlarından biridir və ondan atmosferə yaxın təzyiqdə qazların sındırma göstəricilərini dəqiq müəyyən etmək üçün istifadə etməyə imkan verir (bu təzyiqdə müvafiq sındırma əmsalı fərqlidir. dördüncü və ya beşinci onluqda birlik).

Rayleigh interferometr dizaynının sxematik təsviri Şəkil 1-də göstərilmişdir. 1.

Rayleigh interferometr dizaynının sxematik təsviri

düyü. 1

Lensin fokusunda yerləşən, demək olar ki, nöqtəli S mənbəyindən gələn işıq şüası bu linza tərəfindən paralel şüaya çevrilir. Bundan əlavə, lensin arxasında, sistemin əsas oxuna nisbətən simmetrik iki deşik olan bir diafraqma var - ikincil mənbələr S 1 və S 2, iki paralel nazik şüa meydana gətirir. Bu şüalar daha sonra ikinci bir obyektiv tərəfindən fokus müstəvisində yerləşən ekrana fokuslanır. Nəticə şəkildə göstərildiyi kimi üfüqi saçaqların müdaxilə nümunəsidir. Bu halda, linzalar arasında şüa yayılması boyunca sındırma göstəriciləri n 1 (tədqiq olunan qaz olan hüceyrə) və n 2 (içində optik şüalanmanın məlum idarə olunan faza sürüşməsi ilə faza sürüşmə kompensatoru) olan əlavə obyektlər olmadıqda, müdaxilə nümunəsinin sıfır maksimumu sistemin oxunda yerləşir. Sıfır maksimum, müdaxilə nümunəsini meydana gətirən D dalğalarının yolundakı sıfır fərqə uyğun gələn maksimumdur. Genişzolaqlı radiasiyadan istifadə edərkən (məsələn, təbii işıq) onu daha yüksək səviyyəli maksimum m-dən asanlıqla ayırd etmək olar:

D =m l 0,

burada l 0 radiasiya spektrinin mərkəzi dalğa uzunluğudur.

Həqiqətən, onun orijinal ağ rəngə sahib olan yeganə olduğunu başa düşmək asandır, eyni zamanda maksimum şəraitin mərkəzindən fərqli yerdəyişmələrdə əldə edildiyi üçün daha yüksək dərəcəlilərin maksimalları "spektra uzanır". şüa spektrinin müxtəlif dalğa uzunluqları üçün şəkil.

İndi linzalararası məkanda yayılan iki şüaya (interferometrin qolları deyilən) tədqiq olunan qazla L uzunluğunda bir hüceyrə n 1 və idarə olunan optik gecikmə n 2 (məsələn, eyni hüceyrə ilə eyni hüceyrə) daxil etsək. sındırma indeksi təzyiqdən asılı olan bir qaz məlumdur) , onda şüalar əlavə yol fərqi alacaq:

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

Beləliklə, müdaxilə nümunəsinin sıfır kənarı dəyişəcək və sahənin mərkəzi rəng alacaq.

Şəkli “yerinə qaytarmaq” üçün tədqiq olunan qazın və iki kyuvetdə istinad qazının sındırma göstəricilərini bərabərləşdirmək lazımdır ki, bu da sonuncunun təzyiqini dəyişdirməklə əldə edilir. Nəticədə, sıfır "ağ" zolağın mərkəzliyini bərpa etməklə (və bu, böyük dəqiqliklə, zolağın təxminən 1/40-ı, D m Ј 1/40-da edilə bilər) sınma əmsalı haqqında dəqiq məlumat əldə edirik. tədqiq olunan qaz. Rayleigh interferometr dövrəsinə uyğun olaraq hazırlanmış real alətlər düsturdan istifadə edərək vəhdətdən qırılma indeksindəki fərqləri ölçməyə imkan verir:

(n-1)= l 0 D m/L » 10 -8 .

Zamanlama xüsusiyyətləri

Başlama vaxtı (-8-dən -7-yə daxil olun);

Ömür boyu (log tc -7 ilə 15 arasında);

Deqradasiya vaxtı (log td -8-dən -7-yə qədər);

Optimal inkişaf vaxtı (log tk -6-dan -5-ə qədər).

Diaqram:

Effektin texniki icrası

FEDERAL TƏHSİL Agentliyi

DÖVLƏT ALİ İXTİSAS TƏHSİL MÜƏSSİSƏSİ

DON DÖVLƏT TEXNİKİ UNİVERSİTETİ

Fizika kafedrası

Rayleigh interferometrindən istifadə edərək məhlulların konsentrasiyasının təyini

Laboratoriya işləri üçün təlimatlar № 12

fizikada

(“Optika” bölməsi)

Rostov-na-Donu 2011

Tərtib edən: texnika elmləri doktoru, prof. S.İ. Eqorova,

t.ü.f.d., dosent İ.N. Eqorov,

t.ü.f.d., dosent G.F. Lemeşko.

“Rayleigh interferometrindən istifadə edərək məhlulların konsentrasiyasının təyini”: Metod. təlimatlar. - Rostov n/a: DSTU-nun nəşriyyat mərkəzi, 2011. - 8 s.

“Nanotexnologiyalar və kompozit materiallar” fakültəsinin metodik komissiyasının qərarı ilə nəşr edilmişdir.

Elmi redaktor Prof., texnika elmləri doktoru V.S. Kunakov

© DSTU Nəşriyyat Mərkəzi, 2011

İşin məqsədi: 1. Rayleigh interferometrinin iş prinsipini öyrənin.

2. Rayleigh interferometrindən istifadə edərək müdaxilə hadisələrini öyrənin.

3. Suda etil spirtinin konsentrasiyasını təyin edin.

Avadanlıq: Rayleigh interferometri, sınaq məhlulları olan kyuvetlər.

Qısa nəzəriyyə

Müdaxilə - bu, işıq axınının məkanda yenidən bölüşdürülməsinin baş verdiyi koherent dalğaların superpozisiyasıdır, bunun nəticəsində bəzi yerlərdə maksimumlar, digərlərində işıq intensivliyində minimumlar görünür.

Ardıcıl eyni tezlikli və sabit faza fərqinə malik dalğalar adlanır. Koherent dalğalar əldə etmək üçün bir mənbədən çıxan işıq şüasını bölmək lazımdır.

Müdaxilə nümunəsini iki paralel yarıqdan keçən iki koherent işıq şüasından interferensiya nümunəsi alınan Rayleigh interferometr sxeminə əsaslanan İTR-1 cihazından istifadə etməklə əldə etmək olar (şək. 1).

Mənbədən işıq 1 (közərmə lampası) yarıqdakı kondensatordan istifadə edərək toplanır 2 , kollimator lensinin fokus müstəvisində yerləşir 3 . Lensdən çıxan paralel şüalar iki diafraqma yarığı ilə ayrılır. 4 . Bu yarıqlar koherent olan ikinci dərəcəli işıq dalğalarının iki mənbəyi hesab edilə bilər.

Koherent işıq şüaları lensdən keçir 6 , və şüaların yuxarı hissəsi kyuvetlərdən keçir 5 (Şəkil 1), aşağı isə birbaşa linzaya yönəldilir. Nəticədə lensin fokus müstəvisində iki cüt koherent şüanın müdaxiləsi baş verir. İki yarıqdan əmələ gələn müdaxilə nümunəsi qaranlıq və açıq zolaqlar sistemidir. Qaranlıq (minimum vəziyyət) və ya işıq (maksimum vəziyyət) zolağının mövqeyi müdaxilə edən şüaların yolundakı optik fərqlə müəyyən edilir:

- maksimum vəziyyət, (1)

- minimum vəziyyət, (2)

Harada - optik yol uzunluqlarının fərqinə bərabər olan optik yol fərqi, yəni.
, (3)

Budur
- qırılma göstəriciləri,
- işığın keçdiyi yollar, - işığın dalğa uzunluğu,
- maksimum və ya minimum sifariş.

Müşahidə göz qapağı vasitəsilə həyata keçirilir 7 (şək. 1).

Müdaxilə nümunəsi Şəkil 2-də göstərilmişdir. Küvetlərdən keçən şüalar aşağı müdaxilə modelini, kyuvetlərdən keçən şüalar isə yuxarını təşkil edir. Küvetlərdə şüaların yolundakı əlavə fərq yuxarı sistemin aşağıya nisbətən yerdəyişməsinə səbəb olur. Küvetlər müxtəlif refraktiv göstəricilərə malik qazlar və ya mayelərlə doldurularsa, düstur (3) ilə müəyyən edilmiş əlavə yol fərqi meydana çıxacaq.

Bir kompensasiya cihazı istifadə edərək, zolaq sistemləri birləşdirilə bilər (şək. 3).

Bu işdə küvetlər eyni uzunluqdadır ( ). Onlardan birində distillə edilmiş su, digərində isə etil spirtinin suda məhlulu var. Beləliklə, şüaların yolunda əlavə fərq:

, (4)

Harada - kyuvet uzunluğu,
məhlulun və distillə edilmiş suyun qırılma göstəriciləridir.

Rayleigh interferometri

RAYLEIGH INTERFEROMETTER (interferensial refractometer) - iki paralel yarıqda işığın difraksiyası fenomeninə əsaslanan sındırma göstəricilərinin ölçülməsi üçün interferometr. Rayleigh Interferometer diaqramı (Şəkil 10) şaquli və üfüqi proyeksiyalarda təqdim edilmişdir.

Kiçik eni S olan parlaq işıqlı yarıq O 1 lensinin fokus müstəvisində yerləşən işıq mənbəyi kimi xidmət edir. O 1-dən çıxan paralel şüalar, tədqiq olunan qazların və ya mayelərin daxil olduğu iki paralel yarıq və R 1 və R 2 boruları olan diafraqmadan D keçir. Borular eyni uzunluğa malikdir və O 1 ilə teleskopun obyektiv O 2 arasındakı boşluğun yalnız yuxarı yarısını tutur. Diafraqmanın D yarıqlarına difraksiya edən işığın müdaxiləsi nəticəsində linzanın fokus müstəvisində O 2, yarığın S təsvirinin əvəzinə Şəkil 10-da sxematik şəkildə göstərildiyi kimi iki interferensial saçaq sistemi əmələ gəlir. . Zolaqların yuxarı sistemi R 1 və R 2 borularından keçən şüalardan, aşağısı isə onların yanından keçən şüalardan əmələ gəlir. Qısa fokuslu silindrik göz qapağı O 3 istifadə edərək müdaxilə saçaqları müşahidə edilir. R 1 və R 2-də yerləşdirilən maddələrin n 1 və n 2 qırılma göstəricilərindəki fərqdən asılı olaraq, lentlərin yuxarı sistemi bu və ya digər istiqamətə sürüşəcəkdir. Bu qarışmanın böyüklüyünü ölçməklə n 1 - n 2 hesablana bilər. Aşağı zolaqlar sistemi stasionardır və yuxarı sistemin hərəkətləri ondan ölçülür. S yarığı ağ işıqla işıqlandırıldıqda, hər iki müdaxilə nümunəsinin mərkəzi zolaqları akromatik, onların sağında və solunda yerləşən zolaqlar isə rəngli olur. Bu, mərkəzi zolaqları aşkar etməyi asanlaşdırır. Zolaqların yuxarı sisteminin hərəkətinin ölçülməsi, zolaqların yuxarı və aşağı sistemləri birləşdirilənə qədər R 1 və R 2-dən keçən şüalar arasında əlavə bir faza fərqi təqdim edən bir kompensator istifadə edərək həyata keçirilir. Rayleigh interferometrindən istifadə edərək, 7-ci və hətta 8-ci onluq yerlərinə qədər çox yüksək ölçmə dəqiqliyi əldə edilir. Rayleigh interferometri havada, suda kiçik çirkləri aşkar etmək, mədən və soba qazlarının təhlili və digər məqsədlər üçün istifadə olunur.

Fabry-Pérot interferometr

FABRY-PEROT İNTERFEROMETRE ikiölçülü dispersiyaya malik, yüksək ayırdetmə qabiliyyətinə malik çox şüalı müdaxilə spektral cihazıdır. Şüalanmanın spektrə və fotoqrafa məkanda parçalanması ilə cihaz kimi istifadə olunur. qeydiyyatı və fotoelektrik qeydiyyatı olan skan cihazı kimi. Fabry-Perot interferometri, əks etdirici təyyarələrlə məhdudlaşan, optik cəhətdən homojen şəffaf materialın müstəvi-paralel təbəqəsidir. Ən çox istifadə edilən hava Fabry-Perot interferometri bir-birindən müəyyən d məsafədə yerləşən iki şüşə və ya kvars lövhədən ibarətdir (şək. 11.). Yüksək əks etdirən örtüklər bir-birinə baxan təyyarələrə tətbiq olunur (0,01 dalğa uzunluğunun dəqiqliyi ilə hazırlanır). Fabry-Perot interferometri kollimatorlar arasında yerləşir; Giriş kollimatorunun fokus müstəvisində Fabry-Perot interferometri üçün işıq mənbəyi kimi xidmət edən işıqlı diafraqma quraşdırılmışdır. Təyyarə dalğası, güzgülərdən çoxsaylı əkslər və hər əksdən sonra qismən çıxış nəticəsində Fabry-Perot interferometrində baş verən hadisə, amplituda və faza ilə fərqlənən çoxlu sayda müstəvi koherent dalğalara bölünür. Koherent iradələrin amplitudası həndəsi irəliləyiş qanununa uyğun olaraq azalır və müəyyən bir istiqamətdə hərəkət edən hər bir bitişik koherent iradə cütü arasındakı yol fərqi sabit və bərabərdir.

burada n güzgülər arasındakı mühitin sınma əmsalıdır (hava üçün n=1) və şüa ilə güzgülərin normalı arasındakı bucaqdır. Çıxış kollimatorunun obyektivindən keçərək, koherent dalğalar onun F fokus müstəvisinə müdaxilə edir və bərabər meylli halqalar şəklində fəzasal müdaxilə nümunəsi əmələ gətirir (şək. 12.). Müdaxilə nümunəsində intensivliyin (işıqlandırmanın) paylanması ifadə ilə təsvir olunur

I =f k BTу/f 2 2,

burada B mənbənin parlaqlığı, f k kolimator linzalarının keçiriciliyidir. y eksenel paralel şüanın kəsişmə sahəsi, f 2 çıxış kollimator lensinin fokus uzunluğu, T Fabry-Perot interferometrinin ötürmə funksiyasıdır.

T= T max (1+з 2 sin 2 k?) -1

Burada T max =, k = 2r/l

z = 2/(1- c), f, c və a uyğun olaraq güzgülərin keçiricilik, əks etdirmə və udma əmsalları, f + c + a = 1-dir.

Ötürmə funksiyası T və buna görə də intensivliyin paylanması kəskin intensivlik maksimumları ilə salınan xarakterə malikdir (şək. 13), mövqeyi şərtdən müəyyən edilir.

burada m (tam) spektrin sırasıdır, l dalğa uzunluğudur. Qonşu maksimumlar arasında ortada T funksiyasının minimumları var

Vəzifədən bəri müdaxilə maksimumuşüaların ikinci şüşə lövhədən çıxışında u bucağından və ona bərabər olan h bucağından asılıdır, onda müdaxilə nümunəsi konsentrik halqalar formasına malikdir (şəkil 12), bölgədə lokallaşdırılmış vəziyyətdən müəyyən edilir. giriş diaqramının həndəsi təsviri (şək. 11).

Bu halqaların radiusu bərabərdir, bu o deməkdir ki, m = const-da r m və r arasında birmənalı əlaqə var və buna görə də Fabry-Perot interferometri şüalanmanın bir spektrə məkan parçalanmasını yaradır. Qonşu halqaların maksimumları ilə bu halqaların eni arasındakı xətti məsafə (şək. 13.) radius artdıqca azalır, yəni r t-nin artması ilə interferensiya halqaları daralır və sıxlaşır. Üzüklərin eni?r də əksetmə əmsalından asılıdır c və artan c ilə azalır.

Həqiqi Fabry-Perot İnterferometrinin diafraqma nisbəti bərabər ayırdetmə qabiliyyətinə malik difraksiya spektrometrinin apertura nisbətindən bir neçə yüz dəfə böyükdür ki, bu da onun üstünlüyüdür. Fabry-Perot interferometri yüksək həll etmə gücünə malik olduğundan, çox kiçik bir dispersiya bölgəsinə malik olduğundan, onunla işləyərkən ilkin monoxromatizasiya lazımdır ki, tədqiq olunan spektrin eni daha kiçik olsun. Bu məqsədlə tez-tez Fabry-Perot interferometrini prizma və ya difraksiya spektroqrafı ilə birləşdirən çarpaz dispersiya alətlərindən istifadə olunur ki, Fabri-Perot interferometrinin və spektroqrafın dispersiyalarının istiqamətləri qarşılıqlı perpendikulyar olsun. Bəzən dispersiya sahəsini artırmaq üçün müxtəlif məsafələrdə bir-birinin ardınca yerləşdirilmiş iki Fabry-Perot İnterferometr sistemindən istifadə olunur ki, onların nisbəti d 1 / d 2 tam ədədə bərabər olsun. Sonra dispersiya bölgəsi "daha incə" Fabry-Perot İnterferometri ilə, həlledici güc isə "daha qalın" ilə müəyyən edilir. İki eyni Fabry-Perot İnterferometrini quraşdırarkən həlletmə gücü artır və müdaxilə nümunəsinin kontrastı artır.

Fabry-Perot interferometrləri ultrabənövşəyi, görünən və geniş şəkildə istifadə olunur infraqırmızı bölgələr spektral xətlərin incə və ultra incə strukturunu öyrənərkən, lazer şüalanmasının rejim strukturunu öyrənmək üçün spektr və s. Fabry-Perot interferometrindən lazerlərdə rezonator kimi də istifadə olunur.