интерферометр для чего нужен
Интерферометр
Интерферометр — измерительный прибор, принцип действия которого основан на явлении интерференции. Принцип действия интерферометра заключается в следующем: пучок электромагнитного излучения (света, радиоволн и т. п.) с помощью того или иного устройства пространственно разделяется на два или большее количество когерентных пучков. Каждый из пучков проходит различные оптические пути и возвращается на экран, создавая интерференционную картину, по которой можно установить смещение фаз пучков.
Интерферометры применяются как при точных измерениях длин, в частности в станкостроении и машиностроении, так и для оценки качества оптических поверхностей и проверки оптических систем в целом.
Содержание
Пластины плоские стеклянные
Интерферометры в астрономии
Интерферометры широко используются в астрономии для создания радио- и оптических телескопов с высоким разрешением. Они позволяют заменить телескоп с большой апертурой (которая необходима для получения высокого разрешения) на решётку телескопов с меньшими апертурами, соединёнными по принципу интерферометра. Особым успехом интерферометры пользуются в радиоастрономии. Ввиду того, что к относительно низким радиочастотам предъявляются не такие строгие требования к дискретизации и оцифровке сигналов, появилась возможность объединить радиотелескопы в сеть РСДБ.
Опыты для наблюдения интерференции
Типы интерферометров
См. также
Примечания
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Интерферометр» в других словарях:
интерферометр — интерферометр … Орфографический словарь-справочник
ИНТЕРФЕРОМЕТР — измерительный прибор, основанный на интерференции волн. Существуют И. для звук. волн и для эл. магн. волн (оптических и радиоволн). Оптич. И. применяются для измерения оптич. длин волн спектр. линий, показателей преломления прозрачных сред, абс.… … Физическая энциклопедия
ИНТЕРФЕРОМЕТР — измерительный прибор, основан на интерференции волн. Существуют интерферометры для звуковых волн и для электромагнитных волн (оптических и радиоволн). Оптический интерферометр применяется для измерения длин волн спектральных линий, изучения их… … Большой Энциклопедический словарь
ИНТЕРФЕРОМЕТР — ИНТЕРФЕРОМЕТР, прибор, в котором волны, как правило световые, раскладываются на компоненты, которые перемещаться на неравные расстояния и создают картину ИНТЕРФЕРЕНЦИИ. Используется для осуществления контроля качества линз и призм, а также для… … Научно-технический энциклопедический словарь
ИНТЕРФЕРОМЕТР — ИНТЕРФЕРОМЕТР, прибор для точных измерений различных физических величин, основанный на интерференции волн. Существуют для звуковых волн и электромагнитных волн (оптических и радиоволн). Оптические интерферометры применяются для измерения длин… … Современная энциклопедия
интерферометр — сущ., кол во синонимов: 3 • микроинтерферометр (1) • радиоинтерферометр (1) • … Словарь синонимов
интерферометр — а, м. interféromètre m., нем. Interferometer. спец. Оптический измерительный прибор, основанный на явлении интерференции. БАС 1. Интерферометрический ая, ое. Интерферомтерические измерения. БАС 1. Лекс. БСЭ 1: интерферометры; БСЭ 2:… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
интерферометр — Оптический прибор, основанный на интерференции света. [http://sl3d.ru/o slovare.html] Тематики машиностроение в целом … Справочник технического переводчика
интерферометр — измерительный прибор, основанный на интерференции волн. Существуют интерферометры для звуковых волн и для электромагнитных волн (оптических и радиоволн). Оптический интерферометр применяется для измерения длин волн спектральных линий, изучения их … Энциклопедический словарь
Интерферометр — измерительный прибор, в котором используется Интерференция волн. Существуют И. для звуковых и для электромагнитных волн: оптических (ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областей спектра) и радиоволн различной длины. Применяются И.… … Большая советская энциклопедия
Интерферометры и их применение
Характеристика интерферометров разных типов, которые различаются они лишь методами получения когерентных волн и тем, какая величина непосредственно измеряется. Ультразвуковой и звездный интерферометр. Область применения интерферометра Жамена, Рэлея.
Курсовая работа по физике
Раздел: Физика колебаний и волн. Оптика.
Тема: Интерферометры и их применение
II. Физические основы явления
1. Краткая историческая справка
2. Физическая природа явления
III. Некоторые виды интерферометров и их области применения
1. Ультразвуковой интерферометр
2. Интерферометр Жамена
3. Звёздный интерферометр
4. Интерферометр интенсивности
5. Интерферометр Майкельсона
6. Интерферометр Рождественского
7. Интерферометр Рэлея
V. Список литературы
II. Физические основы явления
1. Краткая историческая справка
В 1881 г. Американский физик Альберт Майкельсон впервые попытался обнаружить эфирный ветер при помощи изобретенного им интерферометра. Вывод автора гласил: «Эти результаты можно интерпретировать как отсутствие смещения интерференционных полос. Результат гипотезы стационарного эфира, таким образом, оказывается неверным, откуда следует вывод, что эта гипотеза ошибочна. Этот вывод прямо противоречит объяснению явления аберрации, которое везде используется и которое предполагает, что Земля движется сквозь эфир, а последний остается в покое».
1887 г. А. Майкельсон и Эдвард В. Морли повторили опыт Майкельсона с более совершенной аппаратурой (была увеличена длина оптических путей, и значительно уменьшены всевозможные помехи). Вывод авторов: «…ожидалось смещение 0.4 полосы. Действительное же смещение было, конечно, меньше, чем 1/20, а возможно, что и меньше, чем 1/40 часть. Но поскольку смещение пропорционально квадрату скорости, то относительная скорость Земли и эфира, возможно, меньше, чем 1/6 орбитальной скорости Земли, и уж конечно меньше, чем 1/4»
1905 г. Э. Морли и Дайтон К. Миллер провели эксперимент с целью проверки влияния материала на величину сокращения Лоренца-Фицжеральда. Сравнивались эффекты в интерферометрах с базой из песчаника и из дерева. Вывод авторов: «Поэтому мы могли декларировать, что эксперимент показал: если имеется некоторый эффект природного происхождения, он составляет не более сотой части вычисленного значения. Если, как предполагалось, сосна подвержена воздействиям, то степень воздействия та же, что и на песчаник. Если эфир около аппарата не движется вместе с ним, а различие в скорости меньше, чем 3.5 км/с, значит, эффект воздействия на материал аннулирует искомый эффект. Можно думать, что проведенный эксперимент доказал лишь, что в спокойной подвальной комнате эфир увлекается вместе с ней. Поэтому мы хотим поднять место размещения аппарата на холм, закрыть его только лишь прозрачным покрытием с тем, чтобы посмотреть, не будет ли обнаружен какой-либо эффект».
1905 г. осень. «…Морли и Миллер перенесли интерферометр из подвального помещения лаборатории на Евклидовы высоты близ Кливленда, на высоту приблизительно 300 футов над озером Эри, в место, свободное от всяких преград и построек. Было проделано пять серий наблюдений (1905-1906 гг.), которые дали определенный положительный эффект, составляющий приблизительно 1/10 ожидаемого ветра. Существовало подозрение, что это могло быть вызвано влиянием температуры, хотя прямых указаний на это не было».
1921 г. Д. К. Миллер. Интерферометр располагался в обсерватории Маунт Вильсон (1860 м. Над уровнем моря). «Самые первые наблюдения, проделанные в марте 1921 г., дали положительный эффект, соответствующий реальному эфирному ветру, как если бы он был обусловлен относительным движением Земли и эфира со скоростью около 10 км/с. Однако прежде чем опубликовать этот результат, представлялось необходимым изучить все возможные причины, которые могли бы вызвать эффект, подобный эфирному ветру. Эти возможные причины могли бы сводиться к магнитным деформациям стальной рамы интерферометра и влияниям теплоты излучения. В целях полного устранения влияния теплоты излучения металлические части интерферометра были совершенно закрыты слоем пробки толщиной около одного дюйма. Пятьдесят серий наблюдений, сделанных при этих условиях, обнаружили периодическое смещение полос, совпадающее с прежними наблюдениями». Затем основание прибора было сделано из бетона. «Результаты с таким немагнитным интерферометром дали положительный эффект, соответствующий эфирному ветру точно такой же скорости и направления, какие были получены в апреле 1921 г. Были опробованы многочисленные вариации условий опыта. Наблюдения проводились при вращении интерферометра по часовой стрелке и против нее, при быстром (1 оборот за 40 секунд) и при медленном вращении (1 оборот за 85 секунд), с тяжелым грузом, положенным на кронштейн трубы, а затем на кронштейн лампы, с поплавком высоко поднятым над уровнем ртути вследствие того, что сначала нагружался один квадрат, а потом другой. Ассистент, записывающий наблюдения, ходил вокруг или же стоял в различных частях помещения, далеко от аппарата или же близко к нему. На результаты наблюдений ни одна из этих вариаций не оказывала никакого влияния. Затем весь аппарат был перенесен обратно в Кливленд. В течение 1922 и 1923 гг. было проведено множество испытаний при разнообразных условиях, доступных контролю, и с различными видоизменениями в расположении частей аппарата». Миллером были так же исследованы влияния температурных изменений. «Данная серия опытов была проделана с целью изучить влияние непостоянства температуры в помещении интерферометра и влияние теплоты излучения, падающего на интерферометр. При этом использовалось несколько электрических нагревателей, устроенных таким образом, что нагревающая спираль была расположена в фокусе вогнутого зеркала. Непостоянство температуры вызывало медленное, но постепенное смещение системы полос в одну сторону, но не вызывало периодического смещения. Даже тогда, когда два нагревателя были расположены на расстоянии трех футов от интерферометра, находившегося во вращении, и посылали тепло непосредственно к непокрытой стальной раме, измеримого периодического смещения полос не наблюдалось. Когда же нагреватели были обращены к путям световых лучей, закрытых стеклом, периодический эффект наблюдался, но только тогда, когда стекло было покрыто непрозрачным материалом, и притом весьма несимметричным образом, когда, например, одно плечо было совершенно защищено картоном, а другое не защищено. Эти опыты показали, что при тех условиях, при каких в действительности проводится опыт, периодическое смещение полос не может быть вызвано влиянием температуры».
2. Физическая природа явления
Так как именно на использовании интерференции света основано действие интерферометров, то можно уделить небольшое внимание этому явлению.
III. Некоторые виды интерферометров и их области применения
1. Ультразвуковой интерферометр
На некотором расстоянии l от пьезопреобразователя расположен плоский рефлектор 5, от которого отражается ультразвуковая волна и который может перемещаться вдоль направления распространения ультразвука.
Плоскости рефлектора и пьезопреобразователя устанавливаются строго параллельно друг к другу. Акустическое поле в камере интерферометра рассматривается как поле плоских волн, многократно отраженных от рефлектора и поверхности преобразователя.
Это справедливо при условии равномерного распределения амплитуд и фаз скорости по поверхности преобразователя, пренебрежимо малого влиянии стенок акустической камеры, а также при условии, что поперечные размеры преобразователя и рефлектора значительно больше длины волны ультразвука.
Основным источником систематических погрешностей является отличие реальных условий измерений от условий, отвечающих распространению плоской волны вдоль оси камеры: при несоблюдении условия малости длины волны относительно размеров камеры, преобразователя и рефлектора в интерферометре возникают дифракционные эффекты, искажающие результаты измерений; при не параллельности рефлектора и преобразователя, а также при неравномерности распределения амплитуд и фаз колебательной скорости по поверхности преобразователя на кривой реакции возникают дополнительные экстремумы (сателлиты), искажается форма огибающей кривой реакции, и изменяются интервалы между основными экстремумами. Для исключения дифракционных погрешностей необходимо вводить поправки, корректный расчет которых может быть выполнен численными методами.
2. Интерферометр Жамена
3. Звёздный интерферометр
4. Интерферометр интенсивности
Светоприёмником служит фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) с малой инерционностью
1 нс. Флуктуации тока I (t) обоих ФЭУ, обусловленные шумовым характером света, перемножаются в корреляторе.
где черта означает усреднение по времени, является мерой углового размера источника. Для равномерно светящегося диска коэффициент корреляции связан с угловым размером и соотношением
Достоинством Интерферометра интенсивности является его малая чувствительность к флуктуациям разности фаз, вызванных механическими вибрациями, атмосферной турбулентностью, нестабильностью частоты гетеродина (в радиоинтерферометре) и т. д. Однако при наличии внешних помех (фон, шумы приёмника, квантовый шум) чувствительность интерферометра интенсивности по потоку излучения снижается в большей степени, чем чувствительность обычного фазового интерферометра, потому интерферометр интенсивности используют только для ярких источников. Из-за отсутствия информации о фазе Интерферометра интенсивности не даёт комплексного спектра пространственных частот, необходимого для получения изображения.
Интерферометра интенсивности позволяет оценивать корреляционные функции 4-го порядка и по ним судить о статистике поля, что находит применение в лазерной физике и при исследовании сверхкоротких световых импульсов.
5. Интерферометр Майкельсона
Интерферометр Майкельсона является одной из наиболее распространенных скелетных схем интерферометра, предназначенной для различных применений в случае, когда пространственное совмещение объектов, порождающих интерферирующие волны, невозможно или в силу каких-то причин нежелательно.
Схематическое изображение конструкции интерферометра Майкельсона представлено на (рис. 6.).
Рис. 6. Схематическое изображение конструкции интерферометра Майкельсона
Рис. 7. Волновые фронты пучков, образующих интерференционную картину
В таком случае на экране освещенность будет однородной, что и означает идеальную юстировку интерферометра.
Все указанные изменения наблюдаемой картины наступают при весьма малых (десятые доли длины волны по пространственному позиционированию и высоте неровностей зеркал, и десятки микрорадиан по угловой юстировке) отклонениях юстировочных параметров от идеала. Если учесть это, становится ясным, что интерферометр Майкельсона представляет собой весьма точное устройство для контроля позиционирования объекта в пространстве, его угловой юстировки и плоскостности. Специальные методы точного измерения распределения интенсивности в плоскости экрана позволяют повысить точность позиционирования до единиц нанометров.
Техническая реализация осуществляется в полном соответствии с рис. 6 содержательной части. Лазерный пучок гелий-неонового лазера (для наглядности лучше его расширить телескопом до диаметра миллиметров 10-15) делится полупрозрачным зеркалом на два, отражается от двух плоских зеркал, и получается некая интерференционая картина на экране. Затем путем аккуратной юстировки длин плеч и углового положения зеркал добиваются исчезновения интерференционной картины в области перекрытия пучков на экране.
Применения интерферометра Майкельсона в технике весьма разнообразны. К примеру, он может быть использован для дистанционного контроля малых деформаций (отклонений от плоскостности) объекта (заменяющего собой одно из зеркал рис. 6). Такой подход весьма удобен когда по тем или иным причинам нежелательно близкое расположение объекта и эталонной поверхности (второго зеркала рис. 6). Например, объект сильно нагрет, химически агрессивен и тому подобное.
Но самое существенное техническое применение интерферометра Майкельсона состоит в использовании этой схемы в оптических гироскопах, основанных на эффекте Саньяка, для контроля сдвига интерференционной полосы, порожденного вращением.
6. Интерферометр Рождественского
Поскольку д не зависит от положения лучей на зеркалах и определяется лишь углами падения, интерференционная картина будет локализована на бесконечности (или в фокальной плоскости объектива О). Параллельному пучку лучей, падающих на Интерферометр Рождественского, соответствует одна точка интерференционно картины, и, следовательно, для наблюдения всей картины необходим пучок конечной апертуры. Вид картины (порядок и ширина полос, их ориентация) зависит от наклона зеркал M1 и M2. Если, например, ребро двугранного угла, образованного M1 и M2, вертикально (перпендикулярно чертежу), то даже при очень малой разности (i1-i2) полосы сравнительно высокого порядка (D велико) вертикальны и почти параллельны.
Введение неоднородностей приводит к появлению полос, форма которых соответствует кривым разных значений показателя преломления.
7. Интерферометр Рэлея
Функция пропускания Т, а следовательно, и распределения интенсивности имеет осциллирующий характер с резкими максимумами интенсивности (рис. 13), положение которых определяется из условия
Интерферометры Фабри-Перо широко применяются в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасных областях спектра при исследовании тонкой и сверхтонкой структуры спектральных линий, для исследования модовой структуры излучения лазеров и т. п. Интерферометр Фабри-Перо также используется как резонатор в лазерах.
В ходе курсовой работы, было проведено ознакомление с интерферометрами разных типов, которые основаны на явлении интерференции света.
Принцип действия всех интерферометров одинаков, и различаются они лишь методами получения когерентных волн и тем, какая величина непосредственно измеряется. Интерферометры получили широкое применение, благодаря им производится измерение угловых размеров звезд и угловых расстояний между звездами, измерение показателей преломления газов и жидкостей, а также определение концентрации примесей в воздухе. Интерферометры используются для контроля качества оптических деталей и их поверхностей, для контроля чистоты обработки металлических поверхностей и тому подобное. Изобретение интерферометров внесло большой вклад в развитие астрономии и оптики.
V. Список литературы
3. Захарьевский А.Н. «Интерферометры» 1952.
4. Оптика 5 изд. 1976 (общий курс физики)
5. Коломийцев Ю.В. «Интерферометры», Л., 1976
6. Жакино П., Последние достижения интерференционной спектроскопии, «Успехи физических наук», 1962
7. Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., M., 1957 (Общий курс физики, т. 3)
8. Физика. Большой энциклопедический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.
Подобные документы
Принцип действия интерферометра; его виды: звуковые и электромагнитные. Назначение интерферометров Майкельсона и Рэлея. Дискретная конструкция измерительного прибора Маха-Цендера. Особенности применения электрооптических модуляторов в интегральной оптике.
презентация [5,5 M], добавлен 02.11.2014
курсовая работа [816,6 K], добавлен 07.12.2015
Зависимость показателя преломления газов от их плотности. Устройство интерферометра, основанного на дифракции Фраунгофера на двух щелях. Измерение показателя преломления газов помощью интерферометра Рэлея, наблюдение интерференционных полос в белом свете.
лабораторная работа [594,8 K], добавлен 02.03.2011
Принцип действия адаптивного интерферометра. Фоторефрактивный эффект. Ортогональная геометрия взаимодействия световых волн в фоторефрактивном кристалле. Исследование системы регистрации малых колебаний микрообъектов на основе адаптивного интерферометра.
курсовая работа [4,5 M], добавлен 04.05.2011
Интерференция волн и колебания. Изучение принципа работы адаптивного интерферометра на попутных пучках. Исследование взаимодействия сигнального светового пучка, с использованием горизонтальной поляризации. Измерения фазовой интерференционной картины.
курсовая работа [505,8 K], добавлен 08.03.2016
Понятие и обоснование явления интерференции как перераспределения энергии в пространстве при сложении двух или более волн. Оптическая разность хода и ее связь с разностью фаз. Методы получения когерентных волн. Интерференция в немонохроматическом свете.
презентация [145,1 K], добавлен 17.01.2014
Кольца Ньютона как классический пример полос равной толщины. Прецизионные измерения малых линейных размеров и показателей преломления прозрачных сред. Основные сферы применения интерферометров. Интерференционный дилатометр Физо-Аббе, его особенности.
доклад [22,2 K], добавлен 11.04.2013
Оптический диапазон длин волн. Показатель преломления среды. Вектор напряженности электрического поля, его модуль амплитуды. Связь оптических свойств вещества с его электрическими свойствами. Интерференция световых волн. Сложение когерентных волн.
презентация [131,6 K], добавлен 24.09.2013
реферат [446,0 K], добавлен 01.06.2015
Понятие электромагнитных волн, их сущность и особенности, история открытия и исследования, значение в жизни человека. Виды электромагнитных волн, их отличительные черты. Сферы применения электромагнитных волн в быту, их воздействие на организм человека.
реферат [776,4 K], добавлен 25.02.2009
Интерферометр
Полезное
Смотреть что такое «Интерферометр» в других словарях:
интерферометр — интерферометр … Орфографический словарь-справочник
Интерферометр — Интерферометр измерительный прибор, принцип действия которого основан на явлении интерференции. Принцип действия интерферометра заключается в следующем: пучок электромагнитного излучения (света, радиоволн и т. п.) с помощью того… … Википедия
ИНТЕРФЕРОМЕТР — измерительный прибор, основанный на интерференции волн. Существуют И. для звук. волн и для эл. магн. волн (оптических и радиоволн). Оптич. И. применяются для измерения оптич. длин волн спектр. линий, показателей преломления прозрачных сред, абс.… … Физическая энциклопедия
ИНТЕРФЕРОМЕТР — измерительный прибор, основан на интерференции волн. Существуют интерферометры для звуковых волн и для электромагнитных волн (оптических и радиоволн). Оптический интерферометр применяется для измерения длин волн спектральных линий, изучения их… … Большой Энциклопедический словарь
ИНТЕРФЕРОМЕТР — ИНТЕРФЕРОМЕТР, прибор, в котором волны, как правило световые, раскладываются на компоненты, которые перемещаться на неравные расстояния и создают картину ИНТЕРФЕРЕНЦИИ. Используется для осуществления контроля качества линз и призм, а также для… … Научно-технический энциклопедический словарь
ИНТЕРФЕРОМЕТР — ИНТЕРФЕРОМЕТР, прибор для точных измерений различных физических величин, основанный на интерференции волн. Существуют для звуковых волн и электромагнитных волн (оптических и радиоволн). Оптические интерферометры применяются для измерения длин… … Современная энциклопедия
интерферометр — сущ., кол во синонимов: 3 • микроинтерферометр (1) • радиоинтерферометр (1) • … Словарь синонимов
интерферометр — а, м. interféromètre m., нем. Interferometer. спец. Оптический измерительный прибор, основанный на явлении интерференции. БАС 1. Интерферометрический ая, ое. Интерферомтерические измерения. БАС 1. Лекс. БСЭ 1: интерферометры; БСЭ 2:… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
интерферометр — Оптический прибор, основанный на интерференции света. [http://sl3d.ru/o slovare.html] Тематики машиностроение в целом … Справочник технического переводчика
интерферометр — измерительный прибор, основанный на интерференции волн. Существуют интерферометры для звуковых волн и для электромагнитных волн (оптических и радиоволн). Оптический интерферометр применяется для измерения длин волн спектральных линий, изучения их … Энциклопедический словарь