Interferometr - Polski Serwis Naukowy

Interferometr – przyrząd pomiarowy oparty na zjawisku interferencji fal. Zasada działania opiera się na nakładaniu na siebie dwóch fal spójnych, co prowadzi do powstania obszarów, wygaszania oraz wzmacniania drgań. Obserwacja powstających wzorów interferencyjnych umożliwia po odpowiednich obliczeniach uzyskanie bardzo dokładnych pomiarów.

Dyfrakcja (ugięcie fali) to zjawisko fizyczne zmiany kierunku rozchodzenia się fali na krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu. Zjawisko zachodzi dla wszystkich wielkości przeszkód, ale wyraźnie jest obserwowane dla przeszkód o rozmiarach porównywalnych z długością fali.

Przyrząd pomiarowy - urządzenie, układ pomiarowy lub jego elementy, przeznaczone do wykonania pomiarów samodzielnie lub w połączeniu z jednym lub wieloma urządzeniami dodatkowymi; wzorce miary i materiały odniesienia są traktowane jako przyrządy pomiarowe.

W ten sposób można mierzyć odległość albo określić przestrzenne wymiary badanego obiektu. Interferometry optyczne wykorzystują do badań fale świetlne i mają najszersze zastosowanie. Niekiedy do pomiarów interferometrycznych wykorzystuje się mikrofale lub elektrony, które w skali mikroświata, mogą być traktowane jak fala materii. Wyróżnia się interferometry jednowiązkowe, dwuwiązkowe i wielowiązkowe.

Fala - zaburzenie rozprzestrzeniające się w ośrodku lub przestrzeni. Fale przenoszą energię z jednego miejsca do drugiego bez transportu jakiejkolwiek materii. W przypadku fal mechanicznych cząstki ośrodka, w którym rozchodzi się fala, oscylują wokół położenia równowagi.

Mod ((łac.) modus – rodzaj, sposób) w ruchu falowym oznacza rodzaj drgania, czyli fali stojącej (charakteryzowanej przez długość fali) wzbudzanej w rezonatorze, jeśli rezonator pobudzany jest do drgań przez fale z pewnego zakresu długości. W zależności od kształtu rezonatora jego wzbudzenia mogą być

Interferometr jednowiązkowy

Jest to interferometr, w którym obraz interferencyjny powstaje w wyniku interferencji dwóch prostopadłych składowych promienia świetlnego. Zbudowany na bazie światłowodu planarnego (tzn. w postaci specjalnie przygotowanej płytki szklanej zdolnej prowadzić światło) w którym tylko jedna ze składowych promienia (mod TE lub TM) jest wrażliwa na zmiany współczynnika załamania światła otoczenia światłowodu. W wyniku zmiany współczynnika załamania powstaje pomiędzy składowymi prostopadłymi różnica faz. Użycie polaryzatora na wyjściu takiego układu pozwala na uporządkowanie drgań modów TE i TM w jednej płaszczyźnie. Wówczas możliwa jest interferencja i obserwacja na ekranie. Przykładem interferometru jednowiązkowego jest interferometr różnicowy.

Interferometr Sagnaca - to rodzaj inteferometru dwuwiązkowego, przy pomocy którego można wyznaczać obrót poruszających się pojazdów. Urządzenie to stosuje się w samolotach jako precyzyjny żyroskop.

Interferencja (łac. inter – między + ferre – nieść) to zjawisko nakładania się fal prowadzące do zwiększania lub zmniejszania amplitudy fali wypadkowej. Interferencja zachodzi dla wszystkich rodzajów fal, we wszystkich ośrodkach, w których mogą rozchodzić się dane fale. W ośrodkach nieliniowych oprócz interferencji zachodzą też inne zjawiska wywołane nakładaniem się fal, w ośrodkach liniowych fale ulegając interferencji spełniają zasadę superpozycji.

Interferometr dwuwiązkowy

Jest to interferometr, w którym światło ze źródła jest rozdzielane na płytce półprzepuszczalnej na dwa promienie. Podział mocy światła na płytce półprzepuszczalnej następuje po połowie. Jeden promień stanowi wówczas odniesienie, a drugi niesie ze sobą informacje (sygnał). Poprzez zmianę fazy sygnału, czyli przez zmianę drogi optycznej (np. dzięki zmianie współczynnika załamania światła lub drogi geometrycznej), uzyskuje się zmianę obrazu interferencyjnego w wyniku interferencji z promieniem odniesienia. Przykładami interferometrów dwuwiązkowych są:

Interferometr Twymana-Greena - przyrząd optyczny podobny do interferometru Michelsona. Służy do badania elementów optycznych (np. pryzmatów, soczewek) oraz całych układów optycznych (np. obiektywów).

Interferometr optyczny – interferometr oparty na zjawisku interferencji fal świetlnych. Zasada działania opiera się na nakładaniu na siebie dwóch fal spójnych, co prowadzi do powstania jaśniejszych i ciemniejszych prążków interferencyjnych. Pomiar natężenia światła oraz jego przestrzennego rozkładu pozwala na bardzo dokładne pomiary odległości i oraz długości fali.

Interferometr Michelsona

Interferometr Mirau

Interferometr Fizeau

Interferometr Macha-Zehndera

Interferometr Sagnaca

Interferometr Lloyda

Zwierciadła Fresnela

Interferometr Twymana-Greena

Interferometr wielowiązkowy

W tym przyrządzie obraz interferencyjny powstaje na podstawie wielu przesuniętych w fazie względem siebie promieni. Zmienna różnica faz powstaje np. w wyniku nierównych odstępów od powierzchni odbijających.

W interferometrze Macha-Zehndera promień świetlny padający na wejście układu rozdzielany jest układem luster na dwa promienie, z których każdy przechodzi przez interferometr inną drogą. Następnie oba promienie ponownie spotkają się na wyjściu układu. Obraz interferencyjny, oglądany na ekranie, zależy od różnicy faz obu promieni; a zatem jest on czuły na najdrobniejsze detale, które mogą wpływać na różnicę dróg optycznych pomiędzy ramionami interferometru. Jeśli w jednym z ramion interferometru (nazywanym ramieniem sygnałowym) umieścimy tak zwany obiekt fazowy (dowolny obiekt przezroczysty o nieznacznie zmieniającym się w czasie lub przestrzeni współczynniku załamania) to efekty tych zmian widoczne będą na obrazie interferencyjnym w postaci układu prążków. Można to wykorzystać do badania subtelnych niejednorodności obiektów przezroczystych - np. przestrzennego rozkładu naprężeń w przezroczystym ośrodku stałym, lub rozkładu temperatury (i zarazem gęstości) gazu.

Interferometr Fizeau jest to interferometr Interferometr dwuwiązkowy, wspólnej drogi, z podziałem amplitudy. Najczęsciej jest używany do pomiaru kształtu powierzchni bądź jednorodności materiału. Jego działanie polega na interferencji dwóch fal odbitych od powierzchni referencyjnej oraz od powierzchni badanej. W zależności od różnicy dróg optycznych między promieniami otrzymujemy prążki interferencyjne.

Interferometrami wielowiązkowymi są między innymi:

interferometr Fabry'ego-Perota oraz

interferometr Newtona służący do obserwacji pierścieni Newtona.

Zobacz też

spektroskopia

dyfrakcja

interferometria