|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Интерферометр Рэлея |
 | |
Анимация
Описание
Интерферометр Рэлея представляет собой одно из наиболее чувствительных к разности фазовых набегов волн интерференционных устройств, что позволяет использовать его для точного определения показателей преломления газов при давлении, близком к атмосферному (при этом давлении соответствующий показатель преломления отличается от единицы в четвертом-пятом знаке после запятой).
Схематическое изображение конструкции интерферометра Рэлея представлено на рис. 1.
Схематическое изображение конструкции интерферометра Рэлея
Рис. 1
Пучок света от практически точечного источника S, находящегося в фокусе линзы, превращается этой линзой в параллельный пучок. Далее, за линзой, располагается диафрагма с двумя симметричными относительно главной оси системы отверстиями - вторичными источниками S1 и S2, формирующими два параллельных тонких пучка. Эти пучки, затем, фокусируются второй линзой на экран, находящийся в ее фокальной плоскости. В результате возникает интерференционная картина из горизонтальных полос, как показано на рисунке. При этом в отсутствии по ходу распространения пучков между линзами дополнительных объектов с показателями преломления n1 (кювета с исследуемым газом) и n2 (компенсатор фазового набега с известным управляемым набегом фазы оптического излучения в нем), нулевой максимум интерференционной картины лежит на оси системы. Нулевой максимум - это максимум, соответствующий нулевой разности хода D волн, образующих интерференционную картину. При использовании широкополосного излучения (например, естественного света) он легко отличим от максимумов высших порядков m:
D=ml0,
где l0 - центральная длина волны спектра излучения.
Действительно, легко понять, что он единственный имеет исходную белую окраску, тогда как максимумы высших порядков “растянуты в спектр” из-за того, что условия максимума достигаются при разных смещениях от центра картины для разных длин волн спектра пучка.
Если теперь внести в два распространяющихся в межлинзовом пространстве пучка (т.н. плечи интерферометра) кювету длины L с исследуемым газом n1, и управляемую оптическую задержку n2 (например, такую же кювету с газом, зависимость показателя преломления которого от давления известна), то пучки получат дополнительную разность хода:
D1=L(n2-n1).
Тем самым нулевая полоса интерференционной картины сместится, и центр поля приобретет окраску.
Чтобы “вернуть картину на место”, необходимо уравнять показатели преломления исследуемого газа и эталонного в двух кюветах, что достигается вариацией давления последнего. В итоге, восстановив центральность нулевой “белой” полосы (а это можно сделать с большой точностью, порядка 1/40 полосы, DmЈ1/40), мы получаем точные сведения о показателе преломления исследуемого газа. Реальные инструменты, выполненные по схеме интерферометра Рэлея, позволяют измерять отличия показателя преломления от единицы по формуле:
(n-1)=l0Dm/L»10-8.
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Как отмечалось выше, интерферометр Рэлея используется в рефрактометрии газов и других объектов с малыми оптическими набегами фазы.
Реализации эффекта
Техническая реализациия эффекта
Техническая реализация осуществляется в полном соответствии с рис. 1 содержательной части. Фокусное расстояние обеих линз лучше выбрать побольше, сантиметров 20-30, чтобы пространственный период соответствующей интерференционной картины был не слишком мал. Наблюдать интерференцию придется при помощи микроскопа, сфокусированного на рассеивающий экран в фокальной плоскости второй линзы.
Литература
1. Физика. Большой энциклопедический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.
2. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика.- М.: Наука, 1985.
3. Ландсберг Г.С. Оптика.- М.: Наука, 1976.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |