O 09 fizik Michelson interferometre TPU'yu rapor ediyor. Optik interferometrelerin çalışma prensibi. Michelson, Jamin, Fabry-Perot interferometreleri. Çözümlü problem örnekleri
Öncelikle girişim şemasının en önemli ayrıntılarının çok net bir şekilde göründüğü bir diyagramı daha ayrıntılı olarak ele alalım.
Biye merceği olarak bilinen bu şema, çapı boyunca kesilen mercek kullanılarak gerçekleştirilir; İki yarım hafifçe birbirinden uzaklaşarak iki gerçek görüntü elde edilir. S1 Ve S2 parlak nokta S. Yarım mercekler arasındaki yuva bir ekranla kaplıdır İLE(Şekil 7.1).
Her iki ışık akışının da geldiği bölgede girişim gözleniyor S1 Ve S2. Nokta M Girişim alanı, girişim yapan iki ışın arasındaki yol farkına bağlı bir aydınlatmaya sahiptir. Bu şema, girişim yapan ışık akılarının, büyüklüğü 2 açısına bağlı olan Ω katı açılarının boyutlarıyla belirlendiğini açıkça göstermektedir. φ = kirişlerin üst üste binen kısımlarını tanımlayan ışınlar arasında.
Bu açı 2 φ örtüşen ışınların açıklığını arayacağız. Maksimum açı değeri 2 φ koşulu karşılıyor S 1 Ç 1|| S 2 S 2 Ve S 1 R 1|| S 2 R 2; ekran sonsuzda yer alırken. Genellikle açı 2 φ biraz daha az çünkü ekran sınırlı bir mesafede bulunuyor D karşılaştırıldığında büyük olmasına rağmen S 1 S 2 Diyafram boyutu 2 φ ortalama aydınlatması kaynak görüntülerin parlaklığına ve açısal boyutlarına bağlı olan girişim alanının açısal boyutlarını belirler S1 Ve S2. Girişim alanından geçen toplam akı, bu alanın alanıyla ve dolayısıyla 2 açısıyla orantılıdır. φ . Girişim alanında, girişim nedeniyle aydınlatmanın yeniden dağıtımı meydana gelir - girişim saçakları oluşur.
Gelen karşılık gelen ışınlar arasındaki açı 2ω S interferometrenin iki kolunun her biri aracılığıyla M, noktadaki girişim etkisini belirleyen ışınların açılma açısıdır. M. Bu açı, girişim alanının herhangi bir diğer noktası için hemen hemen aynı değere sahiptir. Bu açıya girişim açıklığı adını vereceğiz. Girişim alanında ışınların 2 yakınsama açısına karşılık gelir ω değeri, görüntü oluşturma kurallarına göre 2ω açısıyla ilgilidir. Ekrana sabit bir mesafede 2 ω ne kadar çoksa, o kadar büyük 2ω.
Girişim desenlerini elde etmek için gerekli düzenlemeleri uygulayan çok sayıda cihaz vardır. Bu tür cihazlardan biri bilim tarihinde büyük rol oynayan Michelson interferometresidir.
Michelson interferometresinin temel diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir. 7.2. Kaynaktan gelen ışın L. rekora düşüyor P1 ince bir gümüş veya alüminyum tabakasıyla kaplanmıştır. kiriş AB, plakanın içinden geçti P2 aynadan yansıyan S1 ve rekoru tekrar kırıyorum P1 kısmen içinden geçer ve kısmen yöne yansıtılır JSC. kiriş AC aynadan yansıyan S2 ve rekoru kırıyoruz P1, kısmen de bu yönde geçer JSC. Çünkü her iki dalga da 1 Ve 2 yönünde yayılıyor JSC, kaynaktan yayılan parçalanmış bir dalgayı temsil eder L, o zaman birbirleriyle tutarlıdırlar ve birbirlerine müdahale edebilirler. ışından beri 2 rekoru geçiyor P1üç kez ve ışın 1 - bir kez, sonra yoluna bir plak konur P2, birebir aynı P1; beyaz ışıkla çalışırken önemli olan ek yol farkını telafi etmek için.
Gözlenen girişim deseni açıkça ayna tarafından oluşturulan hava katmanındaki girişime karşılık gelecektir. S2 ve hayali görüntü S 1" aynalar S1 kayıtta P1. Eğer S1, Ve S2 söz konusu hava katmanı düzlemsel paralel olacak şekilde konumlandırılırsa, ortaya çıkan girişim deseni, sonsuzda konumlandırılmış eşit eğimli şeritler (dairesel halkalar) ile temsil edilecektir ve bu nedenle, bunların gözlemlenmesi, sonsuzluğa yerleştirilmiş bir gözle (veya bir göz ile) mümkündür. sonsuzluğa ayarlanmış boru veya merceğin odak düzleminde bulunan bir ekran).
Elbette genişletilmiş bir ışık kaynağı da kullanabilirsiniz. Hava tabakasının kalınlığı küçük olduğunda, teleskopun görüş alanında büyük çaplı nadir girişim halkaları gözlenir. Hava katmanının büyük kalınlığıyla, yani interferometre kollarının uzunlukları arasındaki büyük farkla, resmin merkezine yakın yerlerde sık sık küçük çaplı girişim halkaları gözlenir. İnterferometre kollarının uzunlukları arasındaki farka ve girişim sırasına bağlı olarak halkaların açısal çapı 2 numaralı ilişkiden belirlenir. Dçünkü R = mλ. Açıkçası, aynayı dalga boyunun dörtte biri kadar hareket ettirmek küçük açı değerlerine karşılık gelecektir R görüş alanına karanlık olanın yerine açık renkli bir halkaya geçiş ve bunun tersi de açık olanın yerine koyu renkli bir halkaya geçiş.
Aynanın hareketi, aynayı özel bir kızak üzerinde hareket ettiren mikrometrik bir vida kullanılarak gerçekleştirilir. Büyük Michelson interferometrelerinde aynanın kendisine birkaç on santimetre paralel hareket etmesi gerektiğinden, bu cihazın mekanik özelliklerinin son derece yüksek olması gerektiği açıktır.
Aynalara doğru konumu vermek için ayar vidalarıyla donatılmıştır. Çoğu zaman aynalar, eşdeğer hava katmanının kama şekline sahip olacağı şekilde monte edilir. Bu durumda, hava kamasının kenarına paralel olarak yerleştirilmiş, eşit kalınlıkta girişim saçakları gözlenir.
Aynalar arasındaki büyük mesafelerde, girişim yapan ışınlar arasındaki yol farkı çok büyük değerlere (10 6 λ'nın üzerinde) ulaşabilir, böylece bir milyon mertebesindeki saçaklar gözlemlenecektir.
Bu durumda çok yüksek derecede monokromatikliğe sahip ışık kaynaklarının gerekli olduğu açıktır.
Müdahale O metre - dalga girişimini kullanan bir ölçüm cihazı. Var interferometreler ses ve elektromanyetik dalgalar için: optik (tayfın morötesi, görünür ve kızılötesi bölgeleri) ve çeşitli uzunluklarda radyo dalgaları. Uygula interferometrelerçok yaygın. En yaygın olanları optiktir. interferometreler Aşağıda tartışılacak olan. Spektral çizgilerin dalga boylarını, şeffaf ortamın kırılma indislerini, yıldızların mutlak ve bağıl uzunluklarını, açısal boyutlarını ölçmek, optik parçaların ve yüzeylerinin kalitesini kontrol etmek, metal yüzeylerin temizliğini vb. kontrol etmek için kullanılırlar.
Herkesin çalışma prensibi interferometreler aynıdır ve yalnızca tutarlı dalgalar elde etme yöntemlerinde ve doğrudan ölçülen nicelikte farklılık gösterirler. Bir ışık huzmesi, bir veya başka bir cihaz kullanılarak, farklı optik yollardan geçen ve daha sonra bir araya getirilen iki veya daha fazla tutarlı ışına uzamsal olarak bölünür. Işınların birleştiği noktada, bir girişim deseni gözlenir; bunun görünümü, yani girişim maksimum ve minimumlarının şekli ve göreceli konumu, ışık ışınını tutarlı ışınlara bölme yöntemine, sayısına bağlıdır. girişim yapan ışınlar, optik yollarındaki fark (optik yol farkı), bağıl yoğunluk, kaynak boyutu, ışığın spektral bileşimi.
Girişimölçerlerde tutarlı ışınlar üretme yöntemleri çok çeşitlidir, dolayısıyla çok sayıda farklı tasarım vardır. Engelleyen ışık ışınlarının sayısına bağlı olarak optik girişimölçerler aşağıdakilere ayrılabilir: çok yollu Ve çift ışın.
İki ışınlı interferometrenin bir örneği Michelson interferometre (Şekil 3). Paralel ışık kaynağı demeti L yarı saydam bir plakanın üzerine düşüyor P 1, 1 ve 2 numaralı paketlere bölünmüş . Aynalardan yansıdıktan sonra M 1 ve M 2 ve plakadan tekrar geçmek P 1 her iki ışın da merceğe girer O 2, odak düzlemi D buna müdahale ediyorlar. Optik yol farkı D = 2( AC - AB) = 2ben, Nerede ben- ayna arasındaki mesafe M 2 ve sanal görüntü M 1¢ aynalar M 1 kayıtlı P 1. Dolayısıyla gözlemlenen girişim deseni, kalınlıktaki bir hava plakasındaki girişime eşdeğerdir. ben. Eğer ayna M 1 öyle konumlandırıldı ki M 1¢ ve M 2 paraleldir, daha sonra merceğin odak düzleminde lokalize olan eşit eğimli bantlar oluşur O 2 ve eşmerkezli halkalar şeklindedir. Eğer M 2 ve M 1 ¢ bir hava kaması oluşturur, ardından kama düzleminde lokalize eşit kalınlıkta şeritler görünür M 2 M 1 ¢ ve paralel çizgileri temsil eder.
Michelson interferometresi fiziksel ölçümlerde ve teknik cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Onun yardımıyla ilk kez ışık dalga boyunun mutlak değeri ölçüldü ve ışık hızının Dünya'nın hareketinden bağımsızlığı kanıtlandı.
Gazların ve sıvıların kırılma indekslerini ölçmek için tasarlanmış iki ışınlı interferometreler vardır - girişim refraktometreleri. Bunlardan biri I. Zhamena'dır ( Şekil 4). ışık demeti S Birinci plakanın ön ve arka yüzeylerinden yansıma sonrasında P 1 adet iki parçaya bölünmüştür S 1 ve S 2. Hendeklerden geçerken k 1 ve k 2, plakanın yüzeylerinden yansıyan ışınlar P 2, teleskopun içine düşmek T müdahale ettikleri yerde eşit eğimli bantlar oluştururlar. Küvetlerden biri kırılma indisi olan bir maddeyle doldurulursa N 1 ve diğeri ile N 2, daha sonra girişim deseninin saçak sayısına göre kaymasına göre M her iki küvetin de aynı maddeyle dolu olduğu durumla karşılaştırıldığında D bulunabilir N = N 1 - N 2 = =M ben/ ben (ben- küvet uzunluğu).
İÇİNDE Rayleigh interferometresi
(Şekil 6 )
girişim yapan ışınlar iki yarık diyafram kullanılarak ayrılır D. Küvetleri geçtikten sonra k 1 ve kŞekil 2'de bu ışınlar mercek tarafından odak düzleminde toplanır OŞekil 2'de, göz merceğinden bakılan, eşit eğimli şeritlerden oluşan bir girişim deseni oluşturulmuştur. O 3. Bu durumda diyaframlardan çıkan ışınların bir kısmı hücrelerin altından geçerek birincinin altında kendi girişim desenini oluşturur. Kırılma indisi ise N 1 ve N Küvetlerde 2 madde varsa, küvetlerdeki yol farkından dolayı üstteki resim alttakine göre kayacaktır. Yer değiştirme miktarının şerit sayısına göre ölçülmesi M D'yi bulabiliriz N. 
Girişim refraktometreleri kullanılarak kırılma indekslerinin ölçülmesinin doğruluğu çok yüksektir ve 7. ve hatta 8. ondalık basamağa ulaşır.
Fabry-Perot çok ışınlı interferometre (Şekil 7) iki cam veya kuvars plakadan oluşur P 1 ve P 2, birbirine bakan ve birbirine paralel yüzeyleri yüksek (% 85-98) yansıma katsayısına sahip ayna kaplamalar uygulanmıştır. Mercekten gelen paralel ışık huzmesi OŞekil 1, aynalardan gelen çoklu yansımaların bir sonucu olarak, bitişik ışınlar arasında sabit bir yol farkına sahip çok sayıda paralel, tutarlı ışın oluşturur. Odak düzlemindeki çok yollu girişimin bir sonucu olarak L mercek OŞekil 2'de, konumu dalga boyuna bağlı olan, keskin yoğun maksimumlara sahip eşmerkezli halkalar şeklinde bir girişim deseni oluşturulmuştur. Bu nedenle I. Fabry-Perot, karmaşık radyasyonu bir spektruma ayrıştırır.
|
I. Fabry-Perot, yüksek çözme gücüne sahip bir girişim spektral cihazı olarak kullanılır. Fotoelektrik kayıtlı özel tarama I. Fabry - Perot, görünür, kızılötesi ve santimetre dalga boyu bölgelerindeki spektrumları incelemek için kullanılır. I. Fabry-Perot'un bir varyasyonu, yayan ortamı I. aynalar arasında bulunan lazerlerin optik rezonatörleridir.
Çok ışınlı interferometreler ayrıca girişim spektral cihazları olarak kullanılan çeşitli tipte kırınım ızgaralarını da içerir.
Çözüm
Parazit yapmak– Işığın dalga doğasının en parlak tezahürlerinden biri. Bu ilginç ve güzel olay, iki veya daha fazla ışık huzmesi üst üste bindirildiğinde gözlemlenir.
İnterferometreler- basınca, sıcaklığa, yabancı maddelere vb. bağlı olarak şeffaf cisimlerin (gazlar, sıvılar ve katılar) kırılma indeksindeki küçük değişiklikleri belirlemeyi mümkün kılan çok hassas optik aletler.
İnterferometrelerin uygulamaları çok çeşitlidir. Yukarıdakilere ek olarak, optik parçaların üretim kalitesini incelemek, açıları ölçmek, uçağın etrafından dolaşan havada meydana gelen hızlı süreçleri incelemek vb. için de kullanılırlar. Bir interferometre kullanarak Michelson, uluslararası standart ölçüm cihazını diğer ölçüm cihazlarıyla karşılaştıran ilk kişi oldu. standart bir ışık dalgasının uzunluğu. İnterferometreler aynı zamanda ışığın hareketli cisimlerdeki yayılımını incelemek için de kullanıldı; bu da uzay ve zaman hakkındaki fikirlerde temel değişikliklere yol açtı.
İlgili bilgiler.
Yıldız interferometresinden farklı olarak spektral interferometre, genlikleri bölerken girişim olgusuna dayanmaktadır (Bölüm 1.4). Tasarımının temelleri, 1881'de Michelson tarafından Dünyanın etere göre hareket etme olasılığını test eden bir deneyle bağlantılı olarak geliştirildi. Bu amaçla, I.V. Morley (tarihi Michelson-Morley deneyimi) ile birlikte büyük boyutlu bir cihaz yaratmayı amaçladı. Ancak temel devre çözümleri, spektral dalga boylarını ölçmek (daha sonra ölçüm cihazını kadmiyum kırmızı çizgisinin dalga boyu birimlerinde standartlaştırmak için) ve spektrumun ince yapısını incelemek için kullanıldı. Günümüzde önemini koruyan ve hatta daha da önemli hale gelen işte bu spektroskopik uygulamalardır.
Pirinç. 6.5. Michelson spektral interferometre. a - diyagramın genel görünümü (O ve C cam plakaları üzerindeki yansıma gösterilmemiştir); b - yansıyan ışınlar arasındaki yol farkı; c - yarı monokromatik ışık için girişim saçakları türü.
Şek. Şekil 6.5 ve interferometrenin ilk versiyonlarından birinin yapısı şematik olarak gösterilmiştir. Bir S kaynağından (genellikle uzatılmış) gelen ışık, yarı saydam gümüş kaplamalı bir cam plaka O'nun arka yüzeyi tarafından genlik olarak biri yansıtılan ve diğeri iletilen iki ışına bölünür. Yansıyan ışın aynaya ulaşır ve kısmen O'dan T teleskopuna geçerek geri döner. Aynı zamanda, ilk önce ışın ayırıcıdan geçen başka bir ışın aynaya ulaşır ve kısmen bulunduğu yerden O'ya geri döner. teleskopa yansır. Gidecek kiriş, O plakasından toplam üç kez geçtiğinden, O'ya giden kiriş için bir defaya kıyasla toplam üç kez geçtiğinden, O ile aynı kalınlıkta ve aynı malzemeden bir dengeleme plakası genellikle C noktasına yerleştirilir. Genel durumda, O'dan çeşitli mesafelerde ve iki ışın arasında kasıtlı olarak bir yol farkı oluşturulur (dengeleme plakası yalnızca camdaki dağılım yolunu eşitlemeyi amaçlamaktadır). İki ışın bir araya gelerek girişim yaratır ve bunun sonucu aralarındaki yol farkına göre belirlenir.
Aynalar karşılıklı olarak birbirine dik olarak yerleştirilmiştir ve ışın ayırıcı onlara 45° açıyla yerleştirilmiştir. Bir teleskopla gözlemlendiğinde, O'nun oluşturduğu görüntü içeriye paralel (veya çakışıyor) olarak konumlandırılır. Bu nedenle, bir teleskopla gözlemlenen girişim deseni, Şekil 2'deki tek plakalı resme benzer. 1.8, sunulan örnekte hayali bir "hava plakasından" yansıma yoluyla elde edilmesine rağmen. X dalga boyuna sahip geniş bir kaynaktan gelen ışınlar sisteme geniş bir açı aralığında girer ve bu nedenle parlak eşmerkezli halkalar oluşur (Şekil 6.5, c) (bkz. Şekil 1.8, b).
Daireler, dalga dizisi çiftleri eklendiğinde amplifikasyonun meydana geldiği açılı yönlere karşılık gelir. Bu durum şu ifadeyle tanımlanır:
m'nin bir tam sayı veya sıfır olduğu yerde, aynalar arasındaki mesafe (Şekil 6.5, b). Girişim yapan iki ışının, ışın ayırıcıdaki fazlarını aynı şekilde değiştirdiği varsayılmaktadır. Bu koşul karşılanmazsa strok farkına bağlı faz farkına sabit bir değer eklenmelidir. Tüm girişim saçakları buna göre kayar.
Aynalardan biri (şekilde) belirtilen yönde kademeli olarak hareket edebilir. h'nin değiştirilmesi halka düzeninin genişlemesine veya daralmasına neden olur; h arttıkça halkalar sanki oradan kaynaklanıyormuş gibi merkezden uzaklaşırlar, h azaldıkça da merkeze doğru büzülürler.
Verilen h ve dalga boyu k değerleri için kırınım modelinin merkezinden yöndeki radyal yoğunluk dağılımının ifadesi, bildiğimiz vektör diyagramı yöntemi kullanılarak kolayca elde edilebilir. Örneğin, teleskopa iki açıyla giren radyasyonun genlikleri A'ya eşitlenirse, halka sisteminin 0 yönünde ortaya çıkan yoğunluk şu şekilde verilir:
faz farkı ile
Sonuç olarak elde ederiz
Bu nedenle ideal monokromatik radyasyon için girişim saçakları Şekil 2'de gösterilen forma sahiptir. 6.6, a. Ek olarak, yukarıda belirtilen halka modelinin h'deki değişikliklere bağımlılığından, h'deki kademeli bir azalma veya artışla, algılama cihazının modeldeki herhangi bir noktada (eksen üzerinde yerleştirilebilir, yani yerleştirilebilir) olduğu sonucu çıkar. Eğer radyasyon tamamen monokromatik olsaydı, dalga dizileri sonsuz bir uzunluğa sahip olurdu (Bölüm 4.6) ve görünürlük fonksiyonunun sinüzoidal düzeni, dalga boyunun neden olduğu yol farkının etkisine bağlı olmazdı. girişim yapan ışık ışınları.
Pirinç. 6.6. a - b tipi girişim saçakları - çizgi için Michelson sonucu.
Resim gerçekten gözlemlendiyse, radyasyonun tamamen tek renkli olduğu sonucuna varılabilir. Aksine, bir yol farkı ortaya çıktığında başka bir radyasyon kaynağından gelen görünürlük fonksiyonu sıfıra düşerse, o zaman dalga dizilerinin kısa olması gerektiğinden kaynaktan gelen radyasyonun geniş bir spektruma sahip olduğunu varsayabiliriz (Bölüm 4.6). İnterferometrik yöntemin kullanımının temelini optik spektrumların analizine yönelik bu niceliksel yaklaşım oluşturur.
Başka bir varsayımsal örneğe bakalım. İncelenen radyasyonun, benzer dalga boylarına sahip tamamen monokromatik iki radyasyonun birleşimi olduğunu varsayalım. Bu durumda, dedektörümüz tarafından kaydedilen değişen yoğunluk modeli, yukarıdaki tek dalga boyundaki monokromatik radyasyon örneğinden daha karmaşıktır. Belirli bir dedektör konumu için, iki sistemin halkalarının neredeyse veya tamamen çakıştığı ve dedektörün daha güçlü bir sinyal kaydettiği h değerleri vardır. Bu, örneğin h'nin şu şekilde eşit olması durumunda gerçekleşir:
burada ve q tamsayılardır. (Uygulamada eğer fark küçükse, bu h değerine sahip iki halka sistemi oldukça geniş bir açı aralığında tamamen çakışacaktır.)
H'deki bir artış (veya azalma) yine ikisinin ayrılmasına neden olur
önemsiz olmasına rağmen halka grupları ve dedektör, maksimum düşük yoğunluk ve sıfır olmayan minimumun sıralı geçişini kaydeder. Sinyal değişiminin doğası, iki dalga boyu arasındaki fark, bunların göreceli radyasyon yoğunluğu ve ayrıca spesifik örneklerde çizginin şekli ve ince yapısı ile belirlenecektir. Çünkü iki halka sistemi resmin merkezinden farklı oranlarda uzaklaşıyor (veya ona doğru gidiyor) [bkz. denklem (6.14)], tekrar “tesadüf”ün meydana geldiği ve dedektördeki sinyalin tekrar arttığı bir değere ulaşılır. Bu durumda halka dizilerinden biri diğerinden girişim saçakları arasındaki tam bir aralık kadar öndedir. Bu durum şu şekilde ifade edilebilir:
burada k belirli bir sayıdır.
Bir interferometre kullanmanın bu yöntemi, Newton halkaları ile yaptığı bir deneyde, bir sodyum kaynağından gelen 500'üncü derece halkaların neredeyse tamamen kaybolduğunu (yani görünürlüğün sıfır olduğunu), ancak daha sonra netliklerini yeniden kazandığını keşfeden Fizeau'nun daha önceki gözlemlerine benzer. 1000'inci sipariş. Sodyum emisyonunun, daha uzun dalga boyundaki 1000'inci sıra halkanın daha kısa dalga boyundaki 1001'inci sıra halkayla çakıştığı bir ikili ile temsil edildiği ve bu nedenle iki çizginin dalga boyları arasındaki farkın yaklaşık 1/1000 olduğu sonucuna vardı. onların ortalama değeri.
Ancak Michelson, bu analiz yöntemiyle pek çok bilginin kaybolduğunu fark etti. Ayna hareketinin bir fonksiyonu olarak girişim saçaklarının görünürlüğüne ilişkin görsel tahminler yaptı (ayrı bir karmaşık kalibrasyon deneyi kullanılarak ölçüldü). "Görünürlük eğrisinin" ışık kaynağının spektrumu hakkında çok detaylı bilgiler içerdiğini fark etti.
Daha 1887'de Michelson, dikkatli gözlemlerine dayanarak şunu gösterdi: “Hidrojenin kırmızı çizgisi çok yakın bir ikili; aynı şey talyum yeşili hattı için de geçerli.”
Rayleigh'in bu konulara ilişkin matematiksel incelemesi ve kısa bir süre sonra yayınlanan Rayleigh'in çalışmasının yaptığı önemli katkılar, Fourier dönüşümü yönteminin temellerine giriş için bir başlangıç noktası sağladığı için bir sonraki bölümde tartışılacaktır.
MICHAELSON İNTERFEROMETER iki ayna M 1 ve M 2 ve 45° açıyla eğimli yarı geçirgen bir yansıtıcı bölme S'den oluşur (Şekil 1). Bu bölme üzerine gelen ışığın %50'sini iletir ve geri kalan %50'sini yansıtır. Aynalara olan mesafeler L 1 ve L 2 tanesi aynı: L 1 = L 2 = L. Kaynaktan gelen monokromatik ışık, S bölmesinin yarısından geçer, M1'den yansıtılır ve ardından yarısı S'den (ışın 1) yansıtılarak dedektöre çarpar. Işığın bu yolu, yörüngede hareket ederken Dünya'nın hızı yönünde ve ters yönde hareket eder; bu, bir yüzücünün akıntıyla birlikte ve akıntıya karşı hareketine karşılık gelir. Işık ışınının diğer kısmı bölme tarafından yansıtılır S aynaya M 2 ve geri dönerken bölmeden geçerek dedektöre (ışın 2) çarpıyor. Bu, yüzücünün akıntı boyunca hareket etmesine karşılık gelir.
İnterferometre etere göre hareketsizse, birinci ve ikinci ışık ışınlarının yollarında harcadığı süre aynıdır ve iki tutarlı ışın dedektöre aynı fazda girer ( santimetre. Tutarlılık). Sonuç olarak girişim meydana gelir ve girişim deseninde merkezi bir parlak nokta gözlemlenebilir ( santimetre. SALINIMLAR VE DALGALAR; OPTİK). İnterferometre etere göre hareket ederse, ışınların yollarında harcadığı süre farklı olur. Gerçekten izin ver Cışığın etere göre hızı ve v interferometrenin etere göre hızı. Daha sonra ilk yolda (aşağı ve geri) harcanan süre şuna eşittir:
Zamanı hesaplamak için TŞekil 2'de ışığın yarı geçirgen bölmeden aynaya doğru giderken dikkate alınması gerekir. MŞekil 2'de aynanın kendisi etere göre Dünya ile birlikte hareket eder. Bu nedenle ışığın aynaya kadar kat ettiği yol M 2 üçgenin hipotenüsüne eşittir. Işık, Dünya'nın hızına dik olarak hareket ettiğinden ışığın hızı değişmez. Basit geometrik düşüncelerden
Yaklaşık formüllerin kullanılması:
Bu zaman gecikmesi, iki ışık ışınının yollarındaki farka karşılık gelir.
Sonuç olarak, ışınların yolundaki böyle bir fark, bu yol farkına uyan ışığın toplam dalga boyu sayısına karşılık gelecektir;
Yol farkı şu şekilde değiştiğinde girişim maksimumları ve minimumları değişir: P/2. Böylece değeri hesapladıktan sonra N Belirli kurulum parametreleri için ve Dünya'nın hızını bilerek girişim saçaklarının nasıl hareket etmesi gerektiğini öğrenebilirsiniz. Elbette etkisi çok küçüktür. Bunu güçlendirmek için Michelson interferometrenin tabanını maksimuma çıkardı Lışığın ek aynalardan tekrar tekrar yansımasına neden olur. Ek olarak deney, cihaz 90° döndürülmüş halde ikinci kez gerçekleştirildi, bu sayede ışınların yer değiştirmesi ve girişim saçaklarının kaymasının etkisi iki katına çıktı.
Dalga boyu l = 590 nm olan sodyum çizgisine karşılık gelen monokromatik ışık için ve L= 11 m, v/C= 10 8, toplam kaymanın yaklaşık 0,37 şerit olduğu ortaya çıkıyor. Ancak Michelson ve Morley, cihazın ön testlerine dayanarak 0,01'lik saçak kaymasını net bir şekilde tespit edebildiklerini iddia etti.
Alexander Berkov
İşin amacı – kırılma indisini ölçmek için girişim yönteminin incelenmesi. Düzlem paralel bir cam plakanın kırılma indisinin ölçülmesi.
İnterferometrenin çalışma prensibi
Kırılma indisinin ölçüldüğü cihaza refraktometre denir. Çalışma prensibi ışığın girişimine dayanan bir girişim refraktometresi olan bir refraktometreyi ele alalım. Çalışmamızda Michelson interferometre kullanıyoruz. Michelson interferometresi bilim tarihinde büyük bir rol oynadı. Özellikle, böyle bir interferometrenin yardımıyla, amacı Dünya'nın etere göre hareketini tespit etmek olan ünlü Michelson-Morley deneyi gerçekleştirildi.
Michelson interferometre diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 1. Oklar ışınların yayılma yönünü göstermektedir. Bir ışık kaynağından gelen ışık demeti S LED ışın ayırıcının üzerine düşer ve iki ışına bölünür - 1 Ve 2 . Işın ayırıcının gelen ışının eksenine eğim açısı 45'dir. Topuz 1 ışın ayırıcıdan yansıyan, düz bir ayna Z 1'in üzerine düşer, ondan yansıtılır ( 1 ), kısmen ışın ayırıcıdan geçer ( 1 ) ve E ekranına çarpar. Işın 2 ışın ayırıcıdan geçen, düz bir ayna Z2'nin üzerine düşer ve ondan yansıtılır ( 2 ), ardından yansıtılan ( 2 ) ışın ayırıcıdan ve ayrıca
E ekranına çarpıyor. Işın örtüşme alanında 1 ve 2 Ekranda bir girişim deseni gözlemleniyor.
Ekranın her noktasındaki ışık yoğunluğu, belirli bir noktada eklenen ışık salınımları arasındaki faz farkına bağlıdır. Girişim ölçümleri yüksek kontrastlı girişim deseni gerektirir; Maksimum ve minimumların ortalama arka plandan önemli ölçüde farklı olduğu yoğunluk dağılımı. Bu resim, ideal olarak radyasyonun kesinlikle tek renkli olması durumunda elde edilir, o zaman girişim yapan alanların her noktadaki faz farkı zamana bağlı değildir. Bu tür alanlara tutarlı denir.
Girişim yapan ışınlar farklı optik yollardan geçer. Optik yolun altında 
Işığın boşlukta geometrik bir yolun geçişi sırasında kat edeceği yolu anlamak 
kırılma indeksi olan bir ortamda 
:
Bir boşlukta 
Ve 
kibrit. Işının yolu boyunca farklı kırılma indislerine sahip birkaç bölüm varsa, o zaman tüm geometrik yol boyunca optik yol, her bölümdeki optik yolların toplamına eşittir.
Optik dersinde, girişim yapan dalgaların başlangıç fazlarındaki farkın sıfır olması durumunda faz farkının ortaya çıkacağı gösterilmiştir. 
Dalga yayılımı sırasında ortaya çıkan ışınların yolundaki optik farkla orantılıdır (optik yollardaki fark) 
:
,
(1)
Nerede 
– radyasyon dalga boyu. Maksimum ışık yoğunluğu, faz farkı 2'nin katı olduğunda gözlemlenir. Bu durumda 
,
Radyasyon monokromatik değilse; Farklı frekanslardaki salınımlardan oluşuyorsa, her noktadaki faz farkı zaman içinde durağan değildir. Girişim deseni hızlı bir fotodetektör (örneğin, çok kısa pozlama süreli bir kamera) kullanılarak kaydedilmişse, fotoğraf dizisinde zıt girişim desenleri görünür olacak, ancak maksimum ve minimumların konumu resimden kaotik bir şekilde değişecektir. resim yapmak. Eylemsiz bir fotodetektör, örneğin bir göz, bu rastgele salınımların ortalamasını alır ve girişim deseni yerine, ekranda görsel olarak tekdüze bir "gri" arka plan gözlenir. Bu nedenle iki farklı radyasyon kaynağının alanlarının durağan girişim desenini gözlemlemek imkansızdır. Tüm interferometrelerde iki ışık huzmesi alınır. bir kaynak.
Radyasyon yarı monokromatik ise; titreşim spektrumu genişliği 
, Nerede 
spektrumun ortalama dalga boyu ise, rastgele faz hatası 2'den çok daha az ise zıt bir girişim deseni gözlemlenir. Bunu yapmak için ışınların optik yol farkının kaynağın tutarlılık uzunluğundan çok daha az olması gerekir; girişimin ortadan kalktığı dalga yollarında böyle bir fark. Sürekli lazer radyasyonunun tutarlılık uzunluğu minimum birkaç metre iken, bu laboratuvar çalışmasında ışınların optik yol farkı 1-2 cm'yi geçmemektedir. Dolayısıyla, kontrast girişim desenini gözlemlemek için gerekli koşul karşılanmıştır.
Optik yol farkını sorunsuz bir şekilde değiştirirseniz, ekran aydınlatmasının maksimum ve minimum değerleri değişecektir. Optik yol farkını değiştirirken 
ışık noktasının yerini karanlık bir nokta vb. alacaktır. Optik yol farkındaki yumuşak değişim 
ekran aydınlatmasının maksimum (veya minimum) değerden geçmesine neden olur N bir kere. Aynalardan birini ışının yönü boyunca hareket ettirerek veya sabit aynalarda ortamın kırılma indisini girişim yapan ışınlardan birinin yolu boyunca değiştirerek Michelson interferometredeki optik yol farkını değiştirebilirsiniz. Yüksek hassasiyetli lazer girişim deplasman ölçüm cihazları bu prensip kullanılarak tasarlanmıştır.
Bununla birlikte, kırılma indeksini ölçmek için interferometre yanlış hizalanmıştır: aynalardan biri, gelen ışının eksenine normalden küçük bir açıyla saptırılmıştır (Şekil 1'deki ayna H1, aynanın altındaki kesikli çizgi). Gerçekte eğim açısı birkaç yay dakikasıdır; şekilde gösterilenden önemli ölçüde daha azdır. Kirişlerin yanlış hizalanması nedeniyle 1 ve 2 paralel değildir ve ekranda kısmen üst üste gelirler. Girişim teorisinden bilindiği gibi, farklı yayılma yönlerine sahip monokromatik düzlem dalgalar üst üste bindirildiğinde,
Teorik olarak, girişim yapan dalgaların dalga vektörlerinin düzlemine dik, açık ve koyu düz çizgilerden oluşan periyodik bir sistem şeklinde bir girişim deseni gözlenir. Bu resim ekranda ışın örtüşme bölgesinde görülecektir. Dalgalar arasındaki faz farkı değiştiğinde girişim deseni bir bütün olarak değişir.
Not. Gerçek dalga cepheleri küresel yüzeylerdir ve kürenin ışın çapı içindeki ekran düzleminden sapması (20-30)'a ulaşır. 
. Görünüşe göre Newton'un girişim halkalarının ekranda gözlemlenmesi gerekiyor. Ancak girişim deseninin görünümü iki küresel yüzeyin karşılıklı sapması tarafından belirlenir. Küçük bir hizasızlık açısında girişim deseninin, düz çizgilerden oluşan bir sistem olan düzlem dalgaların girişimiyle aynı olacağı gösterilebilir.