ИНТЕРФЕРОМЕР MICHAELSONсе состои од две огледала M 1 и M 2 и полупропустлива рефлектирачка преграда S, наклонета под агол од 45° (сл. 1). Оваа партиција пренесува 50% од светлината што влегува на неа и ги рефлектира останатите 50%. Растојанието до огледалата Л 1 и Л 2 се исти: Л 1 = Л 2 = Л. Монохроматската светлина од изворот поминува на половина пат низ преградата S, се рефлектира од M 1 и потоа удира во детекторот, половина рефлектирана од S (зрак 1). Ова е патеката по која светлината патува во насока на брзината на Земјата додека се движи по нејзината орбита и внатре задната страна, што одговара на движењето на пливачот со и против струјата. Другиот дел од светлосниот зрак се рефлектира од преградата Сдо огледалото М 2, и натаму назадпоминува низ преградата, удирајќи во детекторот (зрак 2). Ова одговара на тоа што пливачот се движи низ струјата.

Ако интерферометарот е во мирување во однос на етерот, тогаш времето поминато од првиот и вториот зрак светлина на нивниот пат е исто, а два кохерентни зраци влегуваат во детекторот во иста фаза ( см. КОХЕРЕНЦИЈА). Следствено, се јавува пречки и може да се забележи централна светла точка во шемата на пречки ( см. ОСИЛАЦИИ И БРАНОВИ; ОПТИКА). Ако интерферометарот се движи во однос на етерот, тогаш времето поминато од зраците на нивниот пат се покажува различно. Навистина, нека вбрзината на светлината во однос на етерот и vбрзината на интерферометарот во однос на етерот. Тогаш времето поминато на првата патека (низводно и назад) е еднакво на

Да се ​​пресмета времето т 2 треба да се земе предвид дека додека светлината патува од полупропустливата преграда до огледалото М 2, самото огледало се движи со Земјата во однос на етерот. Затоа, патеката патувала со светлина до огледалото М 2 е еднаква на хипотенузата на триаголникот. Брзината на светлината не се менува, бидејќи светлината се движи нормално на правецот на брзината на Земјата. Од едноставни геометриски размислувања

Користење на приближни формули:

Ова временско доцнење одговара на разликата во патеките на два зраци на светлина

Следствено, таквата разлика во патеката на зраците ќе одговара на вкупниот број на бранови должини на светлината што се вклопуваат во оваа разлика на патеката, еднаква на

Максималните и минимумите на пречки се менуваат кога разликата на патеката се менува за стр/2. Така, откако ја пресметав вредноста nза специфични параметри за инсталација и знаејќи ја брзината на Земјата, можете да дознаете како треба да се движат рабовите на пречки. Се разбира, ефектот е многу мал. За да го зајакне, Мајкелсон ја максимизираше основата на интерферометарот Л, предизвикувајќи светлината постојано да се рефлектира од дополнителни ретровизори. Дополнително, експериментот беше изведен по втор пат со уредот ротиран за 90°, поради што зраците ги заменија местата и ефектот на поместување на рабовите на пречки беше двојно зголемен.

За монохроматска светлина што одговара на натриумовата линија со бранова должина l = 590 nm, и на Л= 11 m, v/в= 10 8, излегува дека вкупното поместување е приближно 0,37 ленти. Сепак, Мајкелсон и Морли тврдеа, врз основа на прелиминарните тестови на инструментот, дека тие беа во можност јасно да забележат поместување од 0,01 реси.

Александар Берков

ВО Мајклсон интерферометарСе користи феноменот на пречки во тенки филмови. Феноменот на пречки во овој уред се изведува со делење на амплитудата на бранот.

Што е овој уред? На масивен пиедестал има рамнина паралелна плоча ($A$) лесно обложена со сребро, сместена под агол од $45^0$ во однос на насоката на ширење на зраците и две меѓусебно нормални рамни огледала $C$ и $D $ (сл. 1).

Слика 1.

Плочата Б (слика 1) служи како помошна плоча која ја компензира разликата во патеката на зраците. Светлосни брановисе прошири од ($S$). Некои од нив се рефлектираат од сребрената површина на плочата $A$, а некои минуваат низ оваа плоча. Така се случува процесот на разделување на бранот на светлина на два кохерентни бранови. Брановите што минуваат низ плочата се рефлектираат од огледалата $C$ и $D$. Рефлектираните бранови повторно делумно се рефлектираат и делумно се пренесуваат преку сребрената плоча $A$. Овие бранови може да се мешаат во регионот $AK$. Оваа шема на пречки се набљудува преку телескоп. Така, на плочата $A$ амплитудата е поделена на брановидниот фронт на неа се менува само насоката на неговото движење;

Ако, хипотетички, раката $DA$ се ротира за $90^0$, тогаш огледалото $D$ ќе заврши во позиција $D"$. Се појавува празнина помеѓу $D"$ и $C$, што може да биде слично до тенок филм. Ако огледалата $C$ и $D$ се строго нормални, тогаш се забележуваат ленти со еднаков наклон, кои изгледаат како кругови. Телескопот во овој случај треба да биде поставен на бесконечност. Ако огледалата $C$ и $D$ не се целосно нормални, тогаш јазот меѓу нас станува како клин, а потоа се појавуваат ленти со еднаква дебелина во форма на прави ленти. Во овој случај, телескопот е фокусиран на сребрениот раб на плочата $A$.

Интерференција на монохроматски бранови кои се шират по оската на интерферометарот

Во случај на ширење на бранот строго по оската на интерферометарот, оптичката разлика во патеката на зраците ($\триаголник $) се појавува поради разликата во должините на краците ($l_1\ и\l_2\\$ ) на интерферометарот:

Резултирачката фазна разлика е:

При ригорозни пресметки, треба да се земе предвид промената на фазите на бранови при рефлексија од огледалата и прекршувањето во плочата $A$ овде, бидејќи тоа не е од фундаментално значење за шемата за пречки во нашиот случај.

каде што $E_0$ е амплитудата на бранот пред да удри во плочата $A$. $\делта =(\varphi )_2-(\varphi)_1$. Затоа, за интензитетот забележан како резултат добиваме:

каде $I_0=\frac(1)(2)(E_0)^2$ е интензитетот на бранот што доаѓа од изворот на светлина.

Во случај кога:

интензитетот (3) е нула. Ако:

интензитетот е еднаков на $I_0$, што значи: целата енергија од изворот паѓа на „екранот“, нема проток на енергија што се враќа во насока на изворот на светлина.

Коментар

Michelson интерферометарот се користи за мерење на мали растојанија и мали промени во индексите на рефракција. Самиот Мајкелсон го искористил својот интерферометар за експеримент за да ја тестира врската помеѓу брзината на светлината и насоката на движење на зракот во однос на Земјата.

Пример 1

Вежба:Со цел да се пресмета индексот на прекршување на амонијакот, стаклена цевка со вакуум внатре е поставена во едната рака на интерферометарот Мајкелсон. Неговата должина е $l=15\cm=15\cdot 10^(-2)m$. Ако оваа цевка е исполнета со амонијак, шемата на пречки за бранова должина еднаква на $\lambda =589\nm=589\cdot (10)^(-9)m$ се поместува за опсег од $192$. Кој е индексот на рефракција на амонијакот?

Решение:

Разликата во оптичката патека на бранот ($\триаголник $) во вакуум и амонијак може да се најде како:

\[\триаголник =ln-ln_v\лево(1.1\десно),\]

каде што $n_v$=1 индекс на рефракција за вакуум. Дозволете ни да го запишеме условот за минимум на пречки:

\[\триаголник =m\frac(\ламбда)(2)\ \лево(m=0,\pm 1,\pm 2,\точки \десно)\лево(1.2\десно).\]

Да ги изедначиме десните страни на изразите (1.1) и (1.2), добиваме:

Да го изразиме индексот на рефракција од (1.3):

Ајде да ги извршиме пресметките:

Одговор:$n=1.000377.$

Пример 2

Вежба:Во Michelson интерферометар, кога едно од огледалата се движи напред, шемата на пречки или исчезнува или се појавува. Колкаво е поместувањето ($\триаголник l$) на огледалото помеѓу две последователни појави на јасна шема на пречки ако се користат брановите $(\lambda )_1$ и $(\lambda )_2$?

Решение:

Причината за исчезнувањето на моделот на пречки може да се смета дека максимумите и минимумите на шемата на пречки на бранови со различни должини се поместени еден во однос на друг. Со доволна разлика во брановата должина, максимумот во интерференцијата на еден бран може да падне на минимумот на друг, тогаш шемата на пречки целосно исчезнува.

Да го запишеме условот за премин од една јасна слика во друга:

\[\лево(z+1\десно)(\ламбда)_1=z(\ламбда)_2\лево(2.1\десно),\]

каде што $z$ е цел број. Потребното поместување на огледалото ($\триаголник l$) може да се дефинира како:

Користејќи го системот равенки (2.1) и (2.2) изразуваме $\триаголник l$:

\[\лево(z(\ламбда)_1+(\ламбда)_1\десно)=z(\ламбда)_2\до z((\ламбда)_2-(\ламбда)_1)=(\ламбда)_1\до z=\frac((\lambda)_1)(((\lambda)_2-(\lambda)_1)),\] \[\триаголник l=\frac((\lambda)_1(\lambda)_2)( 2 ((\ламбда)_2-(\ламбда)_1)).\]

Одговор:$\триаголник l=\frac((\ламбда)_1(\ламбда)_2)(2((\ламбда)_2-(\ламбда)_1)).$

> Michelson интерферометар

Размислете за принципот на работа Мајклсон интерферометар. Дознајте како изгледа шемата за пречки во Michelson интерферометар, дизајн на коло и примена.

Michelson интерферометарот е најчестата конфигурација во областа на оптичката интерферометрија.

Цел на учењето

• Разберете го принципот на работа на интерферометарот Мајкелсон.

Главни точки

• Интерферометријата користи надредени бранови за да добие информации за нив.
• Одреден погон го дели зракот светлина на две патеки, враќајќи се назад и рекомбинирајќи ги за да формира шема на пречки.
• Најпознатата апликација е експериментот Мајкелсон-Морли, каде нултиот резултат ја инспирираше специјалната теорија на релативноста.

Услови

• Специјална релативност: Брзината на светлината останува стабилна во сите референтни рамки.
• Надреден - поставен врз нешто друго.
• Интерференцијата е ефект создаден со суперпозиција поради изобличување поради атмосферски или други влијанија.

Интерферометрија

Едноставно кажано, интерферометријата е употреба на пречки во надредените бранови за мерење на нивните карактеристики. Методот на интерферометрија се користи во многу научни области, како што се астрономијата, инженерството, физиката, оптичките влакна и океанографијата.

ВО индустрискиСе користи за мерење на мали простории, индекс на рефракција и површински неправилности. Кога се комбинираат два бранови со иста фреквенција, добиената шема се заснова на разликата во нивните фази. Конструктивна интерференција се формира ако брановите се во фаза, додека деструктивната не е. Овој принцип се користи во интерферометријата за да се добијат информации за почетната состојба на брановите.

Мајклсон интерферометар

Michelson интерферометарот е најшироко користен интерферометар, создаден од A. A. Michelson. Принципот на работа е да се подели светлосниот зрак на две патеки. По ова, ги рекомбинира и формира шема на пречки. За да се создадат ленти на детекторот, патеките мора да имаат различни должини и состави.

Обоени и монохроматски ленти: (а) – бели ленти, каде што два зраци се разликуваат по бројот на фазни инверзии; (б) – бели ленти, каде што два греди се карактеризираат со ист број на фазни инверзии; (в) – шема на пруги со монохроматско светло

Сликата подолу покажува како работи уредот. M 1 и M 2 се две високо полирани огледала, S е извор на светлина, M е полусребрено огледало кое функционира како разделувач на зрак, а C е точка на M која е делумно рефлектирачка. Кога зракот S ќе удри во точка на М, тој се дели на два зраци. Едниот зрак се рефлектира кон А, а вториот се пренесува преку површината М до точката Б. А и Б се точки на високо полираните огледала M 1 и M 2. Кога зраците ќе ги погодат овие точки, тие се рефлектираат назад во точката C, каде што се рекомбинираат за да создадат шема на пречки. Во точката Е доаѓа во поглед на набљудувачот.

Дијаграм на интерферометар на Мајкелсон кој го покажува патот на светлосните бранови

Апликации

Интерферометарот Мајкелсон се користи за пребарување на гравитациони бранови. Тој исто така играше главна улогаво проучувањето на горниот атмосферски слој, одредување на температури и ветрови преку мерење на доплеровата ширина и поместувања во спектрите на луминисценцијата и поларната светлина.

Но, сепак, многу луѓе се сеќаваат на најпознатата апликација - експериментот Мајкелсон-Морли. Ова беше неуспешен обид да се демонстрира влијанието на хипотетичкиот етеричен ветер врз брзината на обичниот ветер. Ова го инспирираше создавањето посебна теоријарелативноста.

Мајклсон интерферометар

Анимација

Опис

Мајкелсон-интерферометарот е еден од најчестите дизајни на скелетни интерферометри, дизајниран за различни апликации во случаи кога просторното усогласување на објектите што генерираат пречки бранови е невозможно или поради некоја причина непожелно.

Шематски приказ на дизајнот на интерферометарот на Мајкелсон е прикажан на сл. 1.

Шематска илустрација на дизајнот на интерферометарот на Мајкелсон

Ориз. 1

Зрак светлина од речиси точкаст извор S, лоциран во фокусот на леќата, се претвора од оваа леќа во паралелен зрак (често во модерни апликацииовој зрак е едноставно ласерско зрачење, кое не се колимира со дополнителна леќа). Следно, овој зрак е поделен на два со проѕирно рамно огледало SM, од кои секое се рефлектира назад со огледалата M 1.2, соодветно. Овие два рефлектирани зраци формираат шема на пречки на екранот SC, чија природа е одредена од односот на облиците на брановиот фронт на двата зраци (види Сл. 2).

Бранови фронтови на греди кои формираат шема на пречки

Ориз. 2

Имено, овие два зраци на местото каде што се наоѓа екранот можат да имаат различни радиуси на закривеност на брановите фронтови R 1,2, како и меѓусебната наклонетост на вториот a. Конкретно, лесно е да се разбере дека двата посочени радиуси ќе бидат исти, и a =0, ​​ако и само ако огледалата M 1,2 се и рамни (или генерално со иста форма), а положбата на огледалото М 1 во просторот се совпаѓа со огледална слика M 2 во делителот SM, односно M 2 "(види слика 1).

Во овој случај, осветлувањето на екранот ќе биде униформно, што значи идеално усогласување на интерферометарот.

Во случај на a№ 0, R 1 = R 2 (растојанието од разделникот до ретровизорите се правилно приспособени, но аглите на наклон не се), на екранот ќе се појави слика на еднакви оддалечени рабови со директни пречки, како кај пречки на бранови рефлектирани од две лица на тенок клин.

Во случај на =0, R 1 No. R 2 (правилно аголно прилагодување, но неправилни растојанија на огледалата до делителот), шемата на пречки е концентрични прстени предизвикани од пресекот на два сферични бранови фронтови со различна кривина .

Конечно, во случај на =0, R 1 =R 2, но неидеалната плошност на едно од огледалата, сликата ќе биде неправилна форма„Њутновите прстени“ околу неправилностите на соодветната огледална површина.

Сите овие промени во набљудуваната шема се случуваат со многу мали (десетини од брановата должина во просторното позиционирање и висината на неправилностите на огледалото и десетици микрорадијани во аголното прилагодување) отстапувања на параметрите за прилагодување од идеалот. Ако го земеме ова во предвид, станува јасно дека Michelson интерферометарот е многу прецизен уред за следење на позиционирањето на објектот во вселената, неговото аголно прилагодување и плошноста. Специјални методиПрецизното мерење на распределбата на интензитетот во рамнината на екранот овозможува да се зголеми точноста на позиционирањето на неколку нанометри.

Карактеристики на времето

Време на започнување (најави до -8 до -5);

Доживотно (log tc од -5 до 15);

Време на деградација (log td од -8 до -5);

Време на оптимален развој (log tk од -5 до -4).

Дијаграм:

Технички имплементации на ефектот

Техничка имплементација на ефектот

Техничката имплементација се изведува во целосна согласност со Сл. 1 содржина дел. Ласерскиот зрак на хелиум-неонски ласер (за јасност, подобро е да се прошири со телескоп до дијаметар од 10-15 милиметри) е поделен на два со проѕирно огледало, рефлектирано од две рамни огледала и одредена пречка шема се добива на екранот. Потоа, со внимателно прилагодување на должината на краците и аголната положба на ретровизорите, исчезне шемата на пречки во областа на преклопување на зракот на екранот.

Примена на ефект

Примените на Michelson интерферометарот во технологијата се многу разновидни. На пример, може да се користи за далечинско следење на мали деформации (отстапувања од плошноста) на некој предмет (замена на едно од огледалата на слика 1). Овој пристап е многу удобен кога, поради една или друга причина, непожелна е близината на објектот и референтната површина (второто огледало на слика 1). На пример, предметот е многу жежок, хемиски агресивен и слично.

Но, најзначајната техничка примена на Michelson интерферометарот е употребата на ова коло во оптичките жироскопи засновани на ефектот Sagnac за контрола на поместувањето на пречките генерирани со ротација.

Литература

1. Физика. Голем енциклопедиски речник - М.: Голема руска енциклопедија, 1999 година.

2. Сивухин Д.В. Општ курсфизика. Оптика - М.: Наука, 1985 година.

3. Ландсберг Г.С. Оптика - М.: Наука, 1976 година.

Клучни зборови

• мешање
• монохроматски
• разлика на патеката на зракот
• индекс на рефракција
• нулта интерферентна лента

Секции од природни науки:

Постојат многу видови на уреди за пречки наречени интерферометри. На сл. На слика 123.1 е прикажан дијаграм на интерферометарот Мајкелсон. Светлосен зрак од изворот 5 паѓа на проѕирна плоча обложена со тенок слој сребро (овој слој е прикажан на сликата со точки). Половина паднат прозрачен флукссе рефлектира од плочата во правец на зракот 1, половина поминува низ плочата и се шири во правец на зракот 2. Зракот 1 се рефлектира од огледалото и се враќа таму каде што е поделен на два снопови со еднаков интензитет. Еден од нив поминува низ плочата и формира зрак 1, вториот се рефлектира во насока на S; овој пакет повеќе нема да не интересира. Гредата 2, рефлектирана од огледалото, исто така се враќа во плочата каде што е поделен на два дела: зрак 2 рефлектиран од проѕирниот слој и зрак поминат низ слојот, што исто така повеќе нема да нè интересира. Светлосните зраци 1 и 2 имаат ист интензитет.

Ако се исполнети условите за временска и просторна кохерентност, гредите 1 и 2 ќе пречат. Резултатот од пречки зависи од разликата на оптичката патека од плочата до огледалата и назад. Зракот 2 поминува низ дебелината на плочата три пати, зракот 1 само еднаш. Со цел да се компензира за различните разлики во оптичките патеки што се појавуваат поради ова (поради дисперзија) за различни бранови должини, на патеката на зракот 1 се поставува плоча точно слична, но не и сребрена плоча. Ова ги изедначува патеките на зраците и 2 во чашата. Моделот на пречки се набљудува со помош на телескоп Т.

Ајде ментално да го замениме огледалото со неговата виртуелна слика во проѕирна плоча. Користејќи завртки за прилагодување, можете особено да го промените аголот помеѓу овие рамнини, тие можат да се инсталираат строго паралелно едни со други. Со ротирање на микрометарската завртка, можете непречено да го движите огледалото без да го менувате неговото навалување.

Така, можете да ја промените дебелината на „плочата“ особено, можете да направите рамнините да се сечат едни со други (сл. 123.1,6).

Природата на шемата за пречки зависи од порамнувањето на огледалата и од дивергенцијата на светлосниот зрак што се спушта на уредот. Ако гредата е паралелна и рамнините формираат агол кој не е еднаков на нула, тогаш во видното поле на цевката се забележуваат праволиниски ленти со еднаква дебелина, лоцирани паралелно со линијата на пресек на рамнините. Во бело светло, сите ленти, освен лентата од нула ред што се совпаѓа со линијата на пресек, ќе бидат обоени. Нултата лента се покажува како црна, бидејќи зракот се рефлектира од плочата однадвор, а зракот 2 одвнатре, како резултат на што се јавува фазна разлика меѓу нив, еднаква на белата светлина кога дебелината на „плочката“ е мала (види (122.5)). Во монохроматска светлина што одговара на црвената линија на кадмиум, Мајкелсон забележа јасна шема на пречки со разлика во патеката од редот на 500.000 бранови должини (растојанието меѓу нив е приближно 150 mm во овој случај).

Со малку дивергентен зрак на светлина и строго паралелен распоред на рамнините и Mb. се добиваат ленти со еднаков наклон, кои имаат форма на концентрични прстени. Како што се ротира микрометарската завртка, прстените се зголемуваат или намалуваат во дијаметар. Во овој случај, или се појавуваат нови прстени во центарот на сликата, или се намалуваат прстените до одредена точка, а потоа исчезнуваат. Поместувањето на шаблонот за една лента одговара на поместување на огледалото до подната плоча на брановата должина.

Користејќи го уредот опишан погоре, Мајкелсон извршил неколку експерименти кои влегле во историјата на физиката. Најпознатите од нив, извршени заедно со Морли во 1887 година, имаа за цел да го детектираат движењето на Земјата во однос на хипотетички етер (ќе зборуваме за овој експеримент во § 150). Во 1890-1895 година Користејќи го интерферометарот што го измислил, Мајкелсон ја направил првата споредба на брановата должина на црвената линија на кадмиум со должината на нормален метар.

Во 1920 година, Мајкелсон изградил ѕвезден интерферометар, со кој ги мери аголните големини на некои ѕвезди. Овој уред беше поставен на телескоп. Пред леќата на телескопот беше инсталиран екран со два процепи (сл. 123.2).

Светлината од ѕвездата се рефлектираше од симетричен систем на огледала поставени на цврста рамка поставена на количка. Внатрешните огледала беа неподвижни, но надворешните можеа да се движат симетрично, да се оддалечуваат од огледалата или да им се приближуваат. Патот на зраците е јасен од сликата. Во фокусната рамнина на леќата на телескопот се појавија пречки, чија видливост зависеше од растојанието помеѓу надворешните огледала. Со поместување на овие огледала, Мајкелсон го одреди растојанието меѓу нив на кое видливоста на лентите стана нула. Ова растојание мора да биде според редот на радиусот на кохерентност на светлосниот бран што доаѓа од ѕвездата. Според (120.14), радиусот на кохерентност е еднаков Од условот се добива аголниот дијаметар на ѕвездата