главная   оптика   волоконная оптика   спектроскопия   лазеры   лазерные системы
 
     
 
Оптика /
  Тысячелетняя история развития оптики
  Природа света. Свойства электромагнитного излучения
  Законы оптики и оптические эффекты
  Компоненты оптических схем
  Оптические материалы
  Оптические системы
  Адаптивная оптика
  Формирование 3D изображения. Основные принципы
  Характеристики оптических систем
  Интерферометры
  Датчики волнового фронта
  Оптика смартфона
  Оптическая связь
  Автокорреляторы
  Тепловизоры
  Коноскопия
  Фурье-оптика
  Осветительные приборы
  Проекционные оптические системы
  Медицинские оптические системы
  Оптические системы, расширяющие возможности зрения
  Авиационные оптические системы
  Объективы
  Свет и энергетика
  Зрение
Волоконная оптика
Спектроскопия
Лазеры
Лазерные системы
 
Выставки и конференции
Новости науки и лазерной техники
 
О проекте
Ссылки

 

Интерферометры

По материалам "Лекции Лихтера"

http://physoptika.ru/

Интерферометры применяются для измерения длины волны спектральных линий и их структуры и  абсолютного показателя преломления сред;  для измерения длин и перемещений тел; для контроля формы; микрорельефа и деформаций поверхностей оптических деталей; чистоты    металлических поверхностей и пр.

Интерферометр Юнга

представляет собой непрозрачный экран, в котором на некотором расстоянии s друг от друга вырезаны два малых отверстия Р1 и Р2 . Пусть на такой экран перпендикулярно падает случайная линейно поляризованная волна, поле которой E(r,t) будем считать стационарным и однородным. Волновые пучки, исходящие из отверстий Р1 и Р2, интерферируют на экране Q2, расположенном на некотором расстоянии от экрана Q1. t1-t2= τ.

Контраст интерференционной картины, следуя Майкельсону, обычно характеризуют величиной

 видность

которую называют видностью. В соответствии с

 интенсивность интерферирующих пучков

для видности в окрестности точки Р имеем

видность в окрестности точки Р

Если интенсивности интерферирующих пучков одинаковы (I1=I2), то значение ν(Р) максимально и

видность

т.е. видность интерференционной картины просто равна степени пространственной когерентности.

В общем случае видность дает информацию о степени пространственно-временной когерентности. Если время задержки τ≈τ к, то видность будет зависеть от τ :

υ=υ(τ)=│γ (s,τ)│

Если временная задержка меньше времени корреляции τ<<τк, то интерферометр Юнга позволяет определить поперечную пространственную когерентность. Если мы хотим измерить не искаженную пространственной статистикой временную корреляционную функцию поля, следует обратиться к другой интерференционной схеме — интерферометру Майкельсона.

Интерферометр Юнга

Рис. 6. Интерферометр Юнга


Интерферометр Майкельсона

Понятие временной когерентности прямо связано с интерференционным экспериментом. Рассмотрим Интерферометр Майкельсона (Рис.6). Волна падает на наклонную полупрозрачную пластинку П интерферометра Майкельсона, формирующую два пучка. Эти пучки отражаются от зеркал З1 и З2. Затем один из них, пройдя через пластинку П, а другой, отразившись от нее, поступают на экран Q, где интерферируют. В плоскости экрана расположен детектор, измеряющий интенсивность (например, фотодетектор, величина тока которого пропорциональна средней интенсивности).

Расчеты, подобные выполненным выше, приводят к выражению для средней интенсивности clip_image011

которое  сходно  с

(τ =t2-t1).

Таким образом, изменяя временную задержку в схеме интерферометра Майкельсона от τ =0 до τ→∞ , из графика распределения средней интенсивности в интерференционной картине (интерферограмме) можно непосредственно определить временную корреляционную функцию светового поля.

Как и для интерферометра Юнга, для интерферометра Майкельсона можно ввести понятие видности интерференционной картины. В данном случае им удобно пользоваться, если волна квазимонохроматическая, т.е. Δω/ω0<<1 для такой волны, используя то что clip_image01213,

для видности интерференционной картины в интерферометре Майкельсона вблизи заданного значения τ при I1=I2 имеем

υ=│γ (τ)│

Другие двухлучевые интерферометры

Интерферометр Майкельсона

Интерферометр Майкельсона

Интерферометр Тваймана-Грина  

Интерферометр Тваймана-Грина

Интерферометр Жамена

Интерферометр Жамена

Интерферометр Маха - Цендера

Интерферометр Маха - Цендера

 

На базе интерферометра Майкельсона собран интерферометр Тваймана-Грина. Его отличительной особенностью является размещение в измерительном плече оптического элемента, качество изготовления которого мы хотим оценить. В случае призмы второе плечо просто разворачивают, оставляя в нем плоский отражатель. Для контроля линз или много линзовых объективов зеркало М2 делают сферическим.

 

Интерферометр Маха — Цендера предназначен, в первую очередь для измерения показателей преломления газов:

n=1+ml/L,

где L — длина кюветы, а m — порядок интерференции. Интерферометр Жамена наиболее прост в юстировке и также может использоваться для измерения.

Звездный интерферометр Майкельсона

(1920 г.). Этот уникальный прибор предназначен для измерения угловых размеров звезд ψ. Его основная особенность — возможность изменения базы D с помощью перемещения крайних зеркал интерферометра М1 и М2. Максимальное значение базы в практически созданном интерферометре равнялось 18 м.

Прообразом интерферометра Майкельсона является схема Юнга. В этой схеме четкая интерференционная картина на экране может наблюдаться только при достаточно малом размере источника (щель S). Условие наблюдения интерференции в случае протяженного источника обсуждается в следующем разделе. Здесь мы только отметим, что важной характеристикой любой интерференционной схемы, наряду с углом схождения лучей, является так называемый апертурный угол Ω или просто апертура интерференции. Этот угол отмечен на схемах (См. двухлучевые интерференционные схемы). Апертура интерференции Ω определяет допустимый размер источника в интерференционном опыте. Для звездного интерферометра Майкельсона апертура Ω, очевидно, равна D/L, где L — расстояние до источника (звезды). Изменение базы D приводит к изменению апертуры Ω. Укажем предварительно, что размытие интерференционных полос в случае протяженного источника, линейный размер которого равен b, наступает при условии:

clip_image0195

где ψ- угловой размер источника.

 

Интерферометр Фабри-Перо

Интерферометр Фабри-Перо может быть выполнен в виде плоскопараллельной стеклянной или кварцевой пластины, на обе поверхности которых нанесены отражающие слои, либо в виде двух пластин, у которых покрытые отражающими слоями плоскости установлены строго параллельно друг другу и разделены воздушным промежутком.

Полосы равного наклона при многолучевой интерференции

Рис. 4. Полосы равного наклона при многолучевой интерференции

Отражение света от двух параллельных плоскостей приводит к образованию локализованных в бесконечности (или фокальной плоскости линзы) интерференционных полоса равного наклона. В некоторую точку P фокальной плоскости линзы собираются лучи, которые до линзы образуют с ее оптической осью один и тот же угол Θ (см.рисунок).

Разность хода Δ двух соседних интерферирующих лучей определяется формулой: Δ=2nhcosΘ′. Максимумы интенсивности в проходящем свете расположатся там, где Δ составляет целое число длин волн:

Разность хода Δ двух соседних интерферирующих лучей

Линиям равных интенсивностей соответствует одно и то же значение угла Θ, поэтому интерференционные полосы в фокальной плоскости линзы имеют вид концентрических колец с центром на оси линзы. Центру картины соответствует наибольший порядок интерференции. При этом расположение максимумов интенсивности будет таким же, как в полоса равного наклона при двухлучевой интерференции. Однако для определения структуры максимумов в случае высокого коэффициента отражения светоделительных поверхностей необходимо учесть интерференцию всех приходящих в точку P волн, образующихся при  многократных отражениях.

Важным преимуществом интерферометра Фабри-Перо является его большая светосила. Его угловая дисперсия значительно превышает дисперсию других аналогичных аппаратов. Он используется также в объемных резонаторах оптических квантовых генераторов (лазеров).

 

Атомный интерферометр используют для наблюдения стационарной интерференционной картины двух сдвинутых по фазе компонент какого-либо состояния атома.

 
Кафедра Лазерной техники БГТУ 'Военмех'

Онлайн-конвертер

 
         
 
  разработка сайта NINSIS   190005, Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, д. 1
тел/факс: +7 (812) 316-49-09
www.laser-portal.ru