7. Rayleigh interferometri

REYLEIGH INTERFEROMETRE (interferentsiya refraktometri) - ikkita parallel tirqishdagi yorug'lik diffraktsiyasi fenomeniga asoslangan sinishi ko'rsatkichlarini o'lchash uchun interferometr. Rayleigh Interferometer diagrammasi (10-rasm) vertikal va gorizontal proyeksiyalarda keltirilgan.

Kichkina kenglikdagi S yorqin yoritilgan yoriq O 1 linzalarining fokus tekisligida joylashgan yorug'lik manbai bo'lib xizmat qiladi. O 1 dan chiqadigan parallel nurlar dastasi o'rganilayotgan gazlar yoki suyuqliklar kiritiladigan ikkita parallel tirqish va R 1 va R 2 trubkalari bo'lgan D diafragma orqali o'tadi. Naychalar bir xil uzunlikka ega va O 1 va teleskop linzalari O 2 orasidagi bo'shliqning faqat yuqori yarmini egallaydi. Diafragmaning D yoriqlarida diffraksion nurlanishning interferensiyasi natijasida linzaning fokus tekisligida O 2 tirqish S tasviri o‘rniga ikkita interferentsion chekka sistemasi hosil bo‘ladi, ular sxematik 10-rasmda ko‘rsatilgan. . Chiziqlarning yuqori tizimi R 1 va R 2 naychalari orqali o'tadigan nurlar, pastki tizim esa ularning yonidan o'tadigan nurlar orqali hosil bo'ladi. Qisqa fokusli silindrsimon okulyar O 3 yordamida interferentsial chekkalar kuzatiladi. R 1 va R 2 ga joylashtirilgan moddalarning sindirish ko'rsatkichlari n 1 va n 2 farqiga qarab, bantlarning yuqori tizimi u yoki bu tomonga siljiydi. Ushbu aralashtirishning kattaligini o'lchash orqali n 1 - n 2 ni hisoblash mumkin. Pastki chiziqlar tizimi statsionar bo'lib, yuqori tizimning harakatlari undan o'lchanadi. Yoriq S oq yorug'lik bilan yoritilganda, ikkala interferentsiya naqshlarining markaziy chiziqlari akromatik, ularning o'ng va chap tomonida joylashgan chiziqlar rangli bo'ladi. Bu markaziy chiziqlarni aniqlashni osonlashtiradi. Chiziqlarning yuqori tizimining harakatini o'lchash kompensator yordamida amalga oshiriladi, bu chiziqlar yuqori va pastki tizimlari birlashtirilgunga qadar R 1 va R 2 dan o'tadigan nurlar o'rtasida qo'shimcha fazalar farqini kiritadi. Rayleigh interferometri yordamida juda yuqori o'lchov aniqligiga 7 va hatto 8 kasrgacha erishiladi. Rayleigh interferometri havodagi, suvdagi kichik aralashmalarni aniqlash, shaxta va o'choq gazlarini tahlil qilish va boshqa maqsadlarda ishlatiladi.

Ultrasonik interferometr - bu faza tezligi va yutilish koeffitsientini o'lchash uchun qurilma bo'lib, uning ishlash printsipi akustik to'lqinlarning aralashuviga asoslangan. Oddiy ultratovushli interferometr (rasm ...

Interferometrlar va ularning qo'llanilishi

Jamin interferometri (interferentsiya refraktometri) - gazlar va suyuqliklarning sindirish ko'rsatkichlarini o'lchash, shuningdek, havodagi aralashmalar kontsentratsiyasini aniqlash uchun interferometr. Jamin interferometri (3-rasm...

Interferometrlar va ularning qo'llanilishi

YULDUZLI INTERFEROMETRE -- yulduzlarning burchak o'lchamlarini va yulduzlar orasidagi burchak masofalarini o'lchash uchun interferometr. qo'sh yulduzlar. Ikki yulduz orasidagi burchak masofasi juda kichik bo'lsa, teleskopda ular bir yulduzdek ko'rinadi...

Interferometrlar va ularning qo'llanilishi

INTENSITY INTERFEROMETTER - bir-biridan uzoqlashgan ikkita nuqtada olingan nurlanish intensivligining korrelyatsiya koeffitsienti o'lchanadigan qurilma ...

Interferometrlar va ularning qo'llanilishi

Mishelson interferometri skelet interferometrlari uchun mo'ljallangan eng keng tarqalgan dizaynlardan biridir turli ilovalar ob'ektlarning fazoviy birikmasi interferentsion to'lqinlarni keltirib chiqaradigan holatda ...

Interferometrlar va ularning qo'llanilishi

Rojdestvenskiy interferometri 2 ta ko'zgu M1, M2 va ikkita parallel shaffof plita P1, P2 dan iborat ikki nurli interferometrdir (8-rasm); M1, P1 va M2, P2 juft bo'lib parallel ravishda o'rnatiladi...

Interferometrlar va ularning qo'llanilishi

FABRY-PEROT INTERFEROMETER - ikki o'lchovli dispersiyaga va yuqori aniqlikka ega bo'lgan ko'p nurli interferentsion spektral qurilma. U nurlanishning fazoviy parchalanishini spektrga va fotoga bo'lgan qurilma sifatida ishlatiladi...

Kvant optikasi

Stefan-Boltzman va Vena qonunlarini ko'rib chiqishdan shunday xulosaga keladiki, Kirxgof universal funksiyasi r?,Tni topish masalasini hal qilishda termodinamik yondashuv kerakli natijani bermadi...

Yorug'lik tabiati haqidagi qarashlarni rivojlantirish. Yorug'lik interferentsiyasi hodisasi

Tabiiyki, interferentsiya printsipi nafaqat bakteriyalarni, balki yulduzlarni kuzatishda ham qo'llanilishi mumkin. Bu juda aniq ...

Moviy osmon nazariyasi

Qanday farazlar ilgari surilmagan turli vaqtlar osmon rangini tushuntirish. Qorong'i kamin fonida tutun qanday mavimsi rangga ega bo'lishini ko'rib, Leonardo da Vinchi shunday yozgan edi: "... zulmatning tepasida yorug'lik ko'k rangga aylanadi, yanada go'zalroq ...

Rayleigh interferometri

Animatsiya

Tavsif

Rayleigh interferometri to'lqinlarning fazaviy kirishlaridagi farqga eng sezgir bo'lgan interferentsiya qurilmalaridan biri bo'lib, u atmosferaga yaqin bosimdagi gazlarning sinishi ko'rsatkichlarini aniq aniqlash uchun foydalanish imkonini beradi (bu bosimda mos keladigan sinishi ko'rsatkichi to'lqinlarning sinishi indeksidan farq qiladi). to'rtinchi yoki beshinchi kasrdagi birlik).

Rayleigh interferometrining konstruktsiyasining sxematik ko'rinishi rasmda keltirilgan. 1.

Rayleigh interferometr dizaynining sxematik tasviri

Guruch. 1

Ob'ektivning diqqat markazida joylashgan S deyarli nuqtali manbadan keladigan yorug'lik nuri ushbu linza tomonidan parallel nurga aylanadi. Bundan tashqari, ob'ektiv orqasida tizimning asosiy o'qiga nisbatan nosimmetrik ikkita teshikli diafragma mavjud - ikkilamchi manbalar S 1 va S 2, ikkita parallel nozik nurlarni hosil qiladi. Keyin bu nurlar ikkinchi linza orqali uning fokus tekisligida joylashgan ekranga qaratiladi. Natijada, rasmda ko'rsatilganidek, gorizontal chekkalarning interferentsiya naqshidir. Bunday holda, linzalar orasidagi nurning tarqalishi bo'ylab sinishi ko'rsatkichlari n 1 (o'rganilayotgan gaz bilan hujayra) va n 2 (undagi optik nurlanishning ma'lum boshqariladigan fazali siljishi bilan faza almashinuvi kompensatori) bo'lgan qo'shimcha ob'ektlar bo'lmasa, interferentsiya naqshining nol maksimali tizimning o'qida yotadi. Nol maksimal - interferentsiya naqshini tashkil etuvchi D to'lqinlarining yo'lidagi nol farqiga mos keladigan maksimal. Keng polosali nurlanishdan foydalanilganda (masalan, tabiiy yorug'lik) uni yuqori darajadagi maksimal m dan osongina ajratish mumkin:

D =m l 0,

bu erda l 0 - nurlanish spektrining markaziy to'lqin uzunligi.

Darhaqiqat, bu yagona oq rangga ega ekanligini tushunish oson, shu bilan birga markazdan turli xil siljishlarda maksimal shartlarga erishilganligi sababli yuqori tartiblarning maksimallari "spektrga cho'zilgan". nur spektrining turli to'lqin uzunliklari uchun rasm.

Agar biz ob'ektivlar oralig'ida tarqaladigan ikkita nurga (interferometr qo'llari deb ataladigan) o'rganilayotgan gaz n 1 bo'lgan L uzunlikdagi hujayra va boshqariladigan optik kechikish n 2 (masalan, gaz bilan bir xil hujayra) kiritilsa. Uning sinishi ko'rsatkichi bosimga bog'liq bo'lganligi ma'lum bo'lsa), nurlar qo'shimcha yo'l farqini oladi:

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

Shunday qilib, interferentsiya naqshining nol chekkasi siljiydi va maydon markazi rangga ega bo'ladi.

"Rasmni o'z joyiga qaytarish" uchun sinovdan o'tgan gaz va mos yozuvlar gazining sinishi ko'rsatkichlarini ikkita kyuvetada tenglashtirish kerak, bu ikkinchisining bosimini o'zgartirish orqali erishiladi. Natijada, nol "oq" bandning markaziyligini tiklash orqali (va bu katta aniqlik bilan amalga oshirilishi mumkin, taxminan 1/40 tasma, D m J 1/40), biz sinishi ko'rsatkichi haqida aniq ma'lumotga ega bo'lamiz. o'rganilayotgan gaz. Rayleigh interferometr sxemasi bo'yicha ishlab chiqarilgan haqiqiy asboblar, formuladan foydalanib, birlikdan sinish indeksidagi farqlarni o'lchash imkonini beradi:

(n-1)= l 0 D m/L » 10 -8 .

Vaqt xususiyatlari

Boshlanish vaqti (-8 dan -7 gacha kiring);

Hayot muddati (log tc -7 dan 15 gacha);

Degradatsiya vaqti (log td -8 dan -7 gacha);

Optimal rivojlanish vaqti (log tk -6 dan -5 gacha).

Diagramma:

Effektning texnik amalga oshirilishi

FEDERAL TA'LIM AGENTLIGI

DAVLAT TA’LIM MASSASIASI OLIY KASB-TA’LIM

DON DAVLAT TEXNIK UNIVERSITETI

Fizika kafedrasi

Reyli interferometr yordamida eritmalar konsentratsiyasini aniqlash

Laboratoriya ishlari uchun ko'rsatmalar № 12

fizikada

("Optika" bo'limi)

Rostov-Donu, 2011 yil

Tuzuvchi: texnika fanlari doktori, prof. S.I. Egorova,

t.f.n., dotsent I.N. Egorov,

t.f.n., dotsent G.F. Lemeshko.

“Reyli interferometri yordamida eritmalar konsentratsiyasini aniqlash”: Usul. ko'rsatmalar. - Rostov n/a: DSTU nashriyot markazi, 2011. - 8 p.

“Nanotexnologiyalar va kompozit materiallar” fakulteti uslubiy komissiyasi qarori bilan nashr etilgan.

Ilmiy muharrir prof., texnika fanlari doktori V.S. Kunakov

© DSTU nashriyot markazi, 2011 yil

Ishning maqsadi: 1. Rayleigh interferometrining ishlash printsipini o'rganing.

2. Reyli interferometr yordamida interferensiya hodisalarini o‘rganing.

3. Suvdagi etil spirtining konsentratsiyasini aniqlang.

Uskunalar: Rayleigh interferometri, sinov eritmalari bilan kyuvetlar.

Qisqacha nazariya

Interferentsiya - bu kogerent to'lqinlarning superpozitsiyasi bo'lib, unda yorug'lik oqimining fazoviy qayta taqsimlanishi sodir bo'ladi, buning natijasida ba'zi joylarda maksimal va yorug'lik intensivligida minimallar paydo bo'ladi.

Muvofiq bir xil chastotali va doimiy fazalar farqli to'lqinlar deyiladi. Kogerent to'lqinlarni olish uchun bir manbadan chiqadigan yorug'lik nurini ajratish kerak.

Interferentsiya naqshini ITR-1 qurilmasi yordamida olish mumkin, u Reyli interferometr sxemasiga asoslangan bo'lib, interferentsiya sxemasi ikkita parallel tirqishdan o'tadigan ikkita kogerent yorug'lik nurlaridan olinadi (1-rasm).

Manbadan yorug'lik 1 (cho'g'lanma lampochka) tirqishdagi kondensator yordamida yig'iladi 2 , kollimator linzalarining fokus tekisligida joylashgan 3 . Ob'ektivdan chiqadigan parallel nurlar ikkita diafragma tirqishi bilan ajratilgan. 4 . Ushbu yoriqlarni kogerent bo'lgan ikkilamchi yorug'lik to'lqinlarining ikkita manbai deb hisoblash mumkin.

Kogerent yorug'lik nurlari linzalardan o'tadi 6 , va nurlarning yuqori qismi kyuvetlardan o'tadi 5 (1-rasm), pastki qismi esa to'g'ridan-to'g'ri linzaga yo'naltiriladi. Natijada, linzalarning fokus tekisligida ikki juft kogerent nurlarning aralashuvi paydo bo'ladi. Ikki tirqishdan hosil bo'lgan interferentsiya naqshlari qorong'u va engil chiziqlar tizimidir. Qorong'i (minimal holat) yoki yorug'lik (maksimal holat) bandining holati interferentsiya qiluvchi nurlar yo'lidagi optik farq bilan belgilanadi:

- maksimal holat, (1)

- minimal shart, (2)

Qayerda - optik yo'lning farqi, bu optik yo'l uzunliklari farqiga teng, ya'ni.
, (3)

Bu yerga
- sindirish ko'rsatkichlari;
- yorug'lik bosib o'tgan yo'llar, - yorug'lik to'lqin uzunligi,
- maksimal yoki minimal tartib.

Kuzatish okulyar orqali amalga oshiriladi 7 (1-rasm).

Interferentsiya sxemasi 2-rasmda ko'rsatilgan. Kyuvetalar yonidan o'tadigan nurlar pastki interferentsiya naqshini, kyuvetalar orqali o'tadigan nurlar esa yuqori qismini hosil qiladi. Kyuvetlardagi nurlar yo'lidagi qo'shimcha farq yuqori tizimning pastki qismga nisbatan siljishiga olib keladi. Agar kyuvetalar turli sindirish ko'rsatkichlariga ega bo'lgan gazlar yoki suyuqliklar bilan to'ldirilgan bo'lsa, (3) formula bilan aniqlangan qo'shimcha yo'l farqi paydo bo'ladi.

Kompensatsiya moslamasidan foydalanib, chiziqli tizimlarni birlashtirish mumkin (3-rasm).

Bu ishda kyuvetlar bir xil uzunlikda ( ). Ulardan birida distillangan suv, ikkinchisida esa etil spirtining suvdagi eritmasi mavjud. Shunday qilib, nurlar yo'lidagi qo'shimcha farq:

, (4)

Qayerda - kyuvet uzunligi,
mos ravishda eritma va distillangan suvning sindirish ko'rsatkichlari.

Rayleigh interferometri

REYLEIGH INTERFEROMETRE (interferentsiya refraktometri) - ikkita parallel tirqishdagi yorug'lik diffraktsiyasi fenomeniga asoslangan sinishi ko'rsatkichlarini o'lchash uchun interferometr. Rayleigh Interferometer diagrammasi (10-rasm) vertikal va gorizontal proyeksiyalarda keltirilgan.

Kichkina kenglikdagi S yorqin yoritilgan yoriq O 1 linzalarining fokus tekisligida joylashgan yorug'lik manbai bo'lib xizmat qiladi. O 1 dan chiqadigan parallel nurlar dastasi o'rganilayotgan gazlar yoki suyuqliklar kiritiladigan ikkita parallel tirqish va R 1 va R 2 trubkalari bo'lgan D diafragma orqali o'tadi. Naychalar bir xil uzunlikka ega va O 1 va teleskop linzalari O 2 orasidagi bo'shliqning faqat yuqori yarmini egallaydi. Diafragmaning D yoriqlarida diffraksion nurlanishning interferensiyasi natijasida linzaning fokus tekisligida O 2 tirqish S tasviri o‘rniga ikkita interferentsion chekka sistemasi hosil bo‘ladi, ular sxematik 10-rasmda ko‘rsatilgan. . Chiziqlarning yuqori tizimi R 1 va R 2 naychalari orqali o'tadigan nurlar, pastki tizim esa ularning yonidan o'tadigan nurlar orqali hosil bo'ladi. Qisqa fokusli silindrsimon okulyar O 3 yordamida interferentsial chekkalar kuzatiladi. R 1 va R 2 ga joylashtirilgan moddalarning sindirish ko'rsatkichlari n 1 va n 2 farqiga qarab, bantlarning yuqori tizimi u yoki bu tomonga siljiydi. Ushbu aralashtirishning kattaligini o'lchash orqali n 1 - n 2 ni hisoblash mumkin. Pastki chiziqlar tizimi statsionar bo'lib, yuqori tizimning harakatlari undan o'lchanadi. Yoriq S oq yorug'lik bilan yoritilganda, ikkala interferentsiya naqshlarining markaziy chiziqlari akromatik, ularning o'ng va chap tomonida joylashgan chiziqlar rangli bo'ladi. Bu markaziy chiziqlarni aniqlashni osonlashtiradi. Chiziqlarning yuqori tizimining harakatini o'lchash kompensator yordamida amalga oshiriladi, bu chiziqlar yuqori va pastki tizimlari birlashtirilgunga qadar R 1 va R 2 dan o'tadigan nurlar o'rtasida qo'shimcha fazalar farqini kiritadi. Rayleigh interferometri yordamida juda yuqori o'lchov aniqligiga 7 va hatto 8 kasrgacha erishiladi. Rayleigh interferometri havodagi, suvdagi kichik aralashmalarni aniqlash, shaxta va o'choq gazlarini tahlil qilish va boshqa maqsadlarda ishlatiladi.

Fabri-Perot interferometri

FABRY-PEROT INTERFEROMETER - ikki o'lchovli dispersiyaga va yuqori aniqlikka ega bo'lgan ko'p nurli interferentsion spektral qurilma. Radiatsiyani spektr va fotogrga fazoviy parchalanadigan qurilma sifatida ishlatiladi. ro'yxatga olish va fotoelektrik ro'yxatga olish bilan skanerlash qurilmasi sifatida. Fabry-Perot interferometri optik jihatdan bir hil shaffof materialning tekis-parallel qatlami bo'lib, aks ettiruvchi tekisliklar bilan cheklangan. Eng ko'p ishlatiladigan havo Fabry-Perot interferometri bir-biridan ma'lum d masofada joylashgan ikkita shisha yoki kvarts plitalardan iborat (11-rasm.). Yuqori aks ettiruvchi qoplamalar bir-biriga qaragan tekisliklarga qo'llaniladi (0,01 to'lqin uzunligi aniqligi bilan qilingan). Fabry-Perot interferometri kollimatorlar orasida joylashgan; Fabri-Perot interferometri uchun yorug'lik manbai bo'lib xizmat qiladigan kirish kollimatorining fokus tekisligiga yoritilgan diafragma o'rnatilgan. Samolyot to'lqini, Fabry-Perot interferometrida ko'zgulardan bir nechta aks ettirish va har bir ko'zgudan keyin qisman chiqish natijasida sodir bo'lgan hodisa, amplituda va fazada farq qiluvchi ko'p sonli tekis kogerent to'lqinlarga bo'linadi. Kogerent irodalarning amplitudasi geometrik progressiya qonuniga ko'ra kamayadi va ma'lum bir yo'nalishda harakatlanadigan har bir qo'shni kogerent irodalar jufti orasidagi yo'ldagi farq doimiy va tengdir.

Bu erda n - ko'zgular orasidagi muhitning sindirish ko'rsatkichi (havo uchun n=1) va nur va ko'zgularga nisbatan normal orasidagi burchak. Kogerent to'lqinlar chiqish kolimatorining linzalaridan o'tib, uning F fokus tekisligiga aralashadi va teng moyillikdagi halqalar shaklida fazoviy interferentsiya naqshini hosil qiladi (12-rasm). Interferentsiya naqshidagi intensivlik (yoritish) taqsimoti ifoda bilan tavsiflanadi

I =f k BTu/f 2 2,

Bu erda B - manbaning yorqinligi, f k - kollimator linzalarining o'tkazuvchanligi. y - eksenel parallel nurning ko'ndalang kesimi maydoni, f 2 - chiqish kollimator linzasining fokus uzunligi, T - Fabry-Perot interferometrining uzatish funktsiyasi.

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

Bu erda T max =, k = 2r/l

z = 2/(1- c), f, c va a - mos ravishda oynalarning o'tkazuvchanlik, aks ettirish va yutilish koeffitsientlari va f + c + a = 1.

Transmissiya funktsiyasi T va shuning uchun intensivlik taqsimoti keskin intensivlik maksimallari bilan tebranish xususiyatiga ega (13-rasm), uning holati shartdan aniqlanadi.

Bu erda m (butun) - spektrning tartibi, l - to'lqin uzunligi. Qo'shni maksimallar orasidagi o'rtada T funktsiyasining minimallari mavjud

Lavozimdan beri shovqin maksimal burchak va va teng burchakka bog'liq h nurlarning ikkinchi shisha plastinkadan chiqishi, keyin interferentsiya naqshlari geometrik tasvir mintaqasida lokalizatsiya qilingan holatdan aniqlanadigan konsentrik halqalar shakliga ega bo'ladi (12-rasm). kirish diagrammasi (11-rasm).

Bu halqalarning radiusi tengdir, demak, m = const da r m va r o‘rtasida aniq bog‘liqlik mavjud va shuning uchun Fabri-Perot interferometri nurlanishning spektrga fazoviy parchalanishini hosil qiladi. Qo'shni halqalarning maksimallari orasidagi chiziqli masofa va bu halqalarning kengligi (13-rasm) radius ortishi bilan kamayadi, ya'ni r t ortishi bilan interferentsiya halqalari torayadi va zichroq bo'ladi. Halqalarning kengligi?r ham aks ettirish koeffitsienti c ga bog'liq va c ortishi bilan kamayadi.

Haqiqiy Fabri-Perot interferometrining diafragma nisbati teng ruxsatli difraksion spektrometrning diafragma nisbatidan bir necha yuz marta katta, bu uning afzalligi. Fabri-Perot interferometri yuqori ajralish kuchiga ega bo'lganligi sababli, juda kichik dispersiya hududiga ega, u bilan ishlashda o'rganilayotgan spektrning kengligi kichikroq bo'lishi uchun dastlabki monoxromatizatsiya zarur. Buning uchun ko'pincha Fabri-Perot interferometrini prizma yoki difraksion spektrograf bilan birlashtirib, Fabri-Perot interferometri va spektrografning dispersiya yo'nalishlari o'zaro perpendikulyar bo'lishi uchun kesishgan dispersiya asboblari qo'llaniladi. Ba'zan dispersiya maydonini oshirish uchun bir-birining orqasiga har xil masofada joylashgan ikkita Fabri-Perot interferometrlari tizimi ishlatiladi, shunda ularning nisbati d 1 / d 2 butun songa teng bo'ladi. Keyin dispersiya hududi "ingichkaroq" Fabry-Perot interferometri tomonidan aniqlanadi va ajralish kuchi "qalinroq" tomonidan aniqlanadi. Ikkita bir xil Fabry-Perot interferometrlarini o'rnatishda rezolyutsiya kuchi ortadi va interferentsiya naqshining kontrasti ortadi.

Fabry-Perot interferometrlari ultrabinafsha, ko'rinadigan va keng qo'llaniladi infraqizil hududlar spektral chiziqlarning nozik va oʻta nozik tuzilishini oʻrganishda, lazer nurlanishining rejim strukturasini oʻrganishda va hokazo. Fabri-Perot interferometri lazerlarda rezonator sifatida ham qoʻllaniladi.