प्रिज्म से स्क्रीन तक माइकलसन इंटरफेरोमीटर की दूरी। ऑप्टिकल इंटरफेरोमीटर का संचालन सिद्धांत
लक्ष्य: इंटरफेरोमीटर के ऑप्टिकल डिजाइन और संचालन से परिचित होना; प्रकाश की तरंग दैर्ध्य का निर्धारण, छोटी विकृतियों का मापन।
परिचय
जब दो सुसंगत प्रकाश तरंगें जोड़ी जाती हैं, तो प्रकाश की तीव्रता किसी मनमाने बिंदु पर होती है एमइस बिंदु पर पहुंचने वाले दोलनों के चरणों में अंतर पर निर्भर करेगा।
चलो मुद्दे पर के बारे मेंतरंग को दो सुसंगत तरंगों में विभाजित किया जाता है, जो बिंदु पर एक दूसरे को आरोपित करती हैं एम. सुसंगत तरंगों के इस बिंदु पर चरण अंतर बिंदु से तरंगों के प्रसार के समय पर निर्भर करता है के बारे मेंबिल्कुल एम. पहली लहर के लिए यह समय बराबर है, दूसरी के लिए 
, कहाँ 
,
- एक बिंदु से पहली लहर के प्रसार का पथ और गति के बारे मेंबिल्कुल एम;
,
- दूसरी लहर के लिए. जैसा कि ज्ञात है,
,
, (1)
कहाँ साथ- निर्वात में प्रकाश की गति; एन 1 और एन 2 - क्रमशः पहले और दूसरे माध्यम के अपवर्तनांक।
फिर बिंदु पर दो तरंगों का चरण अंतर एमरूप में प्रस्तुत किया जा सकता है
, (2)
जहां दो तरंगों के पथ के बीच ऑप्टिकल अंतर है; 
और 
- पहली और दूसरी तरंगों की ऑप्टिकल लंबाई।
सूत्र (2) से यह स्पष्ट है कि यदि पथ अंतर निर्वात में तरंग दैर्ध्य की पूर्णांक संख्या के बराबर है
,क= 0, 1, 2, (3)
तब चरण अंतर 2 का गुणज हो जाता है 
और दोलन बिंदु पर उत्तेजित होते हैं एमदोनों तरंगें एक ही चरण में घटित होंगी। इस प्रकार (3) अधिकतम हस्तक्षेप की शर्त है।
प्रकाश के हस्तक्षेप पर आधारित ऑप्टिकल माप उपकरण कहलाते हैं इंटरफेरोमीटर. इस कार्य में, एक माइकलसन इंटरफेरोमीटर का उपयोग किया जाता है, जिसका योजनाबद्ध आरेख चित्र 1 में दिखाया गया है।
इसके मुख्य तत्व हैं: प्रकाश स्रोत I, विभाजक घन K और दो दर्पण - चल Z1 और स्थिर Z2। स्रोत I से प्रकाश की एक किरण एक घन K पर गिरती है, जो एक बड़े विकर्ण तल के साथ दो हिस्सों से एक साथ चिपका हुआ है। उत्तरार्द्ध एक पारभासी परत की भूमिका निभाता है जो मूल किरण को दो - 1 और 2 में विभाजित करता है। दर्पण और संयोजन से प्रतिबिंब के बाद, किरणें 1 और 2 स्क्रीन ई पर गिरती हैं, जहां हस्तक्षेप पैटर्न देखा जाता है। हस्तक्षेप पैटर्न का प्रकार हस्तक्षेप करने वाली तरंगों की तरंग सतहों के विन्यास से निर्धारित होता है। यदि तरंग सतहें समतल हैं (एक कोलिमेटेड किरण स्रोत से आती है), तो स्क्रीन पर समानांतर वैकल्पिक प्रकाश और अंधेरे धारियों की एक प्रणाली दिखाई देगी (§ 2 अनुभाग 2 देखें), और अंधेरे और प्रकाश धारियों के बीच की दूरी निर्धारित की जाती है संबंध द्वारा
, (4)
कहाँ 
- प्रकाश की तरंग दैर्ध्य; 
- तरंग सदिशों के बीच का कोण 
और 
हस्तक्षेप करने वाली तरंगें.
कोण का आकार 
और, इसलिए, अवलोकन के लिए सुविधाजनक धारियों की चौड़ाई, दर्पण Z1 और Z2 और घन K के झुकाव को बदलकर निर्धारित की जा सकती है।
ऐसे मामले में जब मुड़ी हुई तरंगें गोलाकार होती हैं (देखें § 6 खंड 2), हस्तक्षेप पैटर्न में छल्ले का रूप होता है जिसमें धारियों के बीच की दूरी अधिक होती है, तरंग सतहों की वक्रता की त्रिज्या में अंतर उतना ही कम होता है।
विभाजक घन से दर्पण तक की दूरी को आमतौर पर कहा जाता है इंटरफेरोमीटर हथियार, जो सामान्यतः एक दूसरे के बराबर नहीं हैं। बांह की लंबाई में दोगुना अंतर हस्तक्षेप करने वाली तरंगों के पथ में ऑप्टिकल अंतर है 
. किसी भी भुजा की लंबाई को एक राशि से बदलने से ऑप्टिकल पथ अंतर में परिवर्तन होता है 
और, तदनुसार, स्क्रीन पर हस्तक्षेप पैटर्न में एक बैंड द्वारा बदलाव। इस प्रकार, इंटरफेरोमीटर बहुत छोटे विस्थापन को मापने के लिए एक संवेदनशील उपकरण के रूप में काम कर सकता है।
आप दो बीमों के बीच ऑप्टिकल पथ अंतर को विभिन्न तरीकों से बदल सकते हैं। आप दर्पणों में से एक को स्थानांतरित कर सकते हैं, और ऑप्टिकल पथ अंतर दर्पण की गति की मात्रा से दोगुना बदल जाएगा। आप एक निश्चित क्षेत्र में माध्यम के अपवर्तनांक को बदलकर किसी एक किरण की ऑप्टिकल पथ लंबाई को बदल सकते हैं, और हस्तक्षेप करने वाली किरणों के पथ अंतर में परिवर्तन इसमें प्रकाश की ऑप्टिकल पथ लंबाई के दोगुने के बराबर होगा। मध्यम। कार्य में उन विधियों का उपयोग किया गया जो विभिन्न भौतिक मात्राओं को मापना संभव बनाती हैं।
कांच की प्लेट।किसी एक किरण के मार्ग में मोटाई की एक कांच की प्लेट खड़ी होने दें डीअपवर्तनांक के साथ एन. प्लेट को एक कोण पर घुमाते समय 
प्रकाश की आपतित किरण के लंबवत स्थिति से, एक अतिरिक्त पथ अंतर उत्पन्न होता है:
. (5)
यदि, घूर्णन के दौरान, हस्तक्षेप पैटर्न बदल जाता है एमधारियाँ, फिर 
और आप अपवर्तनांक पा सकते हैं। छोटे कोनों के लिए 
लगभग (5) से
में माइकलसन इंटरफेरोमीटरपतली फिल्मों में हस्तक्षेप की घटना का उपयोग किया जाता है। इस उपकरण में हस्तक्षेप की घटना तरंग के आयाम को विभाजित करके की जाती है।
यह कौन सा उपकरण है? एक विशाल आसन पर चांदी से हल्की लेपित एक समतल-समानांतर प्लेट ($A$) है, जो किरणों के प्रसार की दिशा में $45^0$ के कोण पर स्थित है और दो परस्पर लंबवत सपाट दर्पण $C$ और $D हैं। $ (चित्र 1)।
चित्र 1।
प्लेट बी (चित्र 1) एक सहायक प्लेट के रूप में कार्य करती है; यह किरणों के पथ में अंतर की भरपाई करती है। प्रकाश तरंगें ($S$) से यात्रा करती हैं। उनमें से कुछ प्लेट $A$ की चांदी की सतह से परावर्तित होते हैं, और कुछ इस प्लेट से होकर गुजरते हैं। इस प्रकार प्रकाश की एक तरंग को दो सुसंगत तरंगों में विभाजित करने की प्रक्रिया होती है। प्लेट से गुजरने वाली तरंगें दर्पण $C$ और $D$ से परावर्तित होती हैं। परावर्तित तरंगें फिर से आंशिक रूप से परावर्तित होती हैं और आंशिक रूप से चांदी की प्लेट $A$ के माध्यम से प्रसारित होती हैं। ये तरंगें $AK$ क्षेत्र में हस्तक्षेप कर सकती हैं। यह हस्तक्षेप पैटर्न एक दूरबीन के माध्यम से देखा जाता है। इस प्रकार, प्लेट $A$ पर आयाम विभाजित होता है; उस पर तरंग अग्रभाग संरक्षित रहता है; केवल उसकी गति की दिशा बदलती है।
यदि, काल्पनिक रूप से, भुजा $DA$ को $90^0$ द्वारा घुमाया जाता है, तो दर्पण $D$ स्थिति $D"$ पर समाप्त हो जाएगा। $D"$ और $C$ के बीच एक अंतर दिखाई देता है, जो एक के समान हो सकता है पतली फिल्म। यदि दर्पण $C$ और $D$ सख्ती से लंबवत हैं, तो समान झुकाव वाली धारियां देखी जाती हैं, जो वृत्त की तरह दिखती हैं। इस मामले में दूरबीन को अनंत पर सेट किया जाना चाहिए। यदि दर्पण $C$ और $D$ पूरी तरह से लंबवत नहीं हैं, तो हमारे बीच की दूरी पच्चर की तरह हो जाती है, फिर समान मोटाई की धारियां सीधी धारियों के रूप में दिखाई देती हैं। इस मामले में, दूरबीन प्लेट $A$ के चांदी वाले किनारे पर केंद्रित है।
इंटरफेरोमीटर की धुरी के साथ फैलने वाली मोनोक्रोमैटिक तरंगों का हस्तक्षेप
इंटरफेरोमीटर की धुरी के साथ सख्ती से तरंग प्रसार के मामले में, किरणों के पथ में ऑप्टिकल अंतर ($\त्रिकोण $) भुजाओं की लंबाई में अंतर के कारण दिखाई देता है ($l_1\ और\l_2\\$ ) इंटरफेरोमीटर का:
परिणामी चरण अंतर है:
एक कठोर गणना में, किसी को दर्पण से परावर्तन और प्लेट $A$ में अपवर्तन पर तरंग चरणों में परिवर्तन को ध्यान में रखना चाहिए; यहां हम ऐसा नहीं करेंगे, क्योंकि यह हमारे मामले में हस्तक्षेप पैटर्न के लिए मौलिक महत्व का नहीं है।
जहां $E_0$ प्लेट $A$ से टकराने से पहले तरंग का आयाम है। $\डेल्टा =(\varphi )_2-(\varphi )_1$. इसलिए, परिणाम के रूप में देखी गई तीव्रता के लिए हम प्राप्त करते हैं:
जहां $I_0=\frac(1)(2)(E_0)^2$ प्रकाश स्रोत से आने वाली तरंग की तीव्रता है।
मामले में यदि:
तीव्रता (3) शून्य है. अगर:
तीव्रता $I_0$ के बराबर है, जिसका अर्थ है: स्रोत से सारी ऊर्जा "स्क्रीन" पर गिरती है, ऊर्जा का कोई प्रवाह नहीं है जो प्रकाश स्रोत की दिशा में लौटता है।
टिप्पणी
माइकलसन इंटरफेरोमीटर का उपयोग छोटी दूरी और अपवर्तक सूचकांकों में छोटे बदलावों को मापने के लिए किया जाता है। माइकलसन ने स्वयं अपने इंटरफेरोमीटर का उपयोग प्रकाश की गति और पृथ्वी के संबंध में किरण की गति की दिशा के बीच संबंध का परीक्षण करने के लिए एक प्रयोग के लिए किया था।
उदाहरण 1
व्यायाम:अमोनिया के अपवर्तक सूचकांक की गणना करने के लिए, माइकलसन इंटरफेरोमीटर की एक भुजा में अंदर वैक्यूम वाली एक ग्लास ट्यूब रखी जाती है। इसकी लंबाई $l=15\cm=15\cdot 10^(-2)m$ है। यदि यह ट्यूब अमोनिया से भरी है, तो $\lambda =589\nm=589\cdot (10)^(-9)m$ के बराबर तरंग दैर्ध्य के लिए हस्तक्षेप पैटर्न $192$ बैंड द्वारा स्थानांतरित हो जाता है। अमोनिया का अपवर्तनांक क्या है?
समाधान:
निर्वात और अमोनिया में तरंग के ऑप्टिकल पथ ($\त्रिकोण $) में अंतर इस प्रकार पाया जा सकता है:
\[\त्रिकोण =ln-ln_v\बाएं(1.1\दाएं),\]
जहां $n_v$=1 निर्वात के लिए अपवर्तक सूचकांक। आइए हम हस्तक्षेप न्यूनतम के लिए शर्त लिखें:
\[\triangle =m\frac(\lambda )(2)\ \left(m=0,\pm 1,\pm 2,\dots \right)\left(1.2\right).\]
आइए हम अभिव्यक्ति (1.1) और (1.2) के दाहिने पक्षों की बराबरी करें, हम प्राप्त करते हैं:
आइए हम अपवर्तनांक को (1.3) से व्यक्त करें:
आइए गणनाएँ करें:
उत्तर:$n=1.000377.$
उदाहरण 2
व्यायाम:माइकलसन इंटरफेरोमीटर में, जब दर्पणों में से एक आगे बढ़ता है, तो हस्तक्षेप पैटर्न या तो गायब हो जाता है या प्रकट होता है। यदि तरंगों $(\lambda )_1$ और $(\lambda )_2$ का उपयोग किया जाता है, तो स्पष्ट हस्तक्षेप पैटर्न की दो क्रमिक घटनाओं के बीच दर्पण का विस्थापन ($\triangal l$) क्या है?
समाधान:
व्यतिकरण पैटर्न के लुप्त होने का कारण यह माना जा सकता है कि विभिन्न लंबाई की तरंगों के व्यतिकरण पैटर्न की अधिकतम सीमा और न्यूनतम सीमा एक दूसरे के सापेक्ष स्थानांतरित हो जाती है। तरंग दैर्ध्य में पर्याप्त अंतर के साथ, एक तरंग के हस्तक्षेप में मैक्सिमा दूसरे के मिनिमा पर गिर सकता है, फिर हस्तक्षेप पैटर्न पूरी तरह से गायब हो जाता है।
आइए हम एक स्पष्ट तस्वीर से दूसरी स्पष्ट तस्वीर में संक्रमण के लिए शर्तें लिखें:
\[\left(z+1\right)(\lambda )_1=z(\lambda )_2\left(2.1\right),\]
जहाँ $z$ एक पूर्णांक है। आवश्यक दर्पण विस्थापन ($\त्रिभुज l$) को इस प्रकार परिभाषित किया जा सकता है:
समीकरणों की प्रणाली (2.1) और (2.2) का उपयोग करके हम $\triangle l$ व्यक्त करते हैं:
\[\left(z(\lambda )_1+(\lambda )_1\right)=z(\lambda )_2\to z((\lambda )_2-(\lambda )_1)=(\lambda )_1\to z=\frac((\lambda )_1)(((\lambda )_2-(\lambda )_1)),\] \[\triangle l=\frac((\lambda )_1(\lambda )_2)( 2((\लैम्ब्डा )_2-(\लैम्ब्डा )_1)).\]
उत्तर:$\triangle l=\frac((\lambda )_1(\lambda )_2)(2((\lambda )_2-(\lambda )_1)).$
माइकलसन इंटरफेरोमीटर डिवाइस का आधार पतली फिल्मों में प्रकाश तरंगों के हस्तक्षेप की घटना है। विचाराधीन उपकरण में, प्रकाश तरंग के आयाम को विभाजित करके इस घटना का एहसास किया जाता है।
इंटरफेरोमीटर में एक समतल-समानांतर प्लेट ($A$) होती है, जो चांदी या एल्यूमीनियम से लेपित होती है। यह प्लेट एक कुरसी पर किरणों की दिशा से $45()^\circ $ के कोण पर लगी होती है। इसके अलावा, दो सपाट दर्पण ($C\ और\ D$) हैं, जो लंबवत स्थित हैं (चित्र 1)।
किरणों के पथ में अंतर की भरपाई के लिए, उपकरण एक प्लेट $B$ का उपयोग करता है। प्रकाश तरंगें स्रोत $S$ से आती हैं। ये तरंगें प्लेट$\A$ से आंशिक परावर्तन का अनुभव करती हैं, उनमें से कुछ इस प्लेट पर काबू पाती हैं, इस प्रकार दो सुसंगत प्रकाश तरंगें उत्पन्न होती हैं। प्लेट $A$ से गुजरने वाली तरंगें दर्पण $C\ और\ D$ से परावर्तित होती हैं और वापस लौट आती हैं। इनमें से कुछ तरंगें फिर से प्लेट $A से गुजरती हैं, और कुछ इससे परावर्तित होती हैं। परिणामी तरंगें $AK$ खंड पर हस्तक्षेप करने में सक्षम हैं। प्लेट $A$ पर आयाम को विभाजित करने से हस्तक्षेप होता है। हस्तक्षेप पैटर्न को दूरबीन के माध्यम से देखा जाता है।
आइए भुजा $DA$ को $90()^\circ $ के कोण से घुमाएँ (चित्र 1)। इस मामले में, दर्पण चित्र 1 में $D"$ के रूप में निर्दिष्ट स्थिति में स्थित होगा। दर्पणों $D"$ और $C$ के बीच एक छोटा सा अंतर दिखाई देता है, जिसकी तुलना एक पतली फिल्म से की जा सकती है। यदि दर्पण एक-दूसरे के बिल्कुल सामान्य स्थिति में हों, तो हस्तक्षेप के परिणामस्वरूप हमें संकेंद्रित वलय के रूप में समान झुकाव वाली धारियां प्राप्त होंगी। इस मामले में हस्तक्षेप पैटर्न का निरीक्षण करने के लिए, दूरबीन को अनंत तक समायोजित किया जाना चाहिए। यदि दर्पणों के बीच का कोण बिल्कुल $90()^\circ $ नहीं है, तो उनके बीच का अंतर एक पच्चर के बराबर होगा। इस तरह के हस्तक्षेप का परिणाम समान मोटाई की सीधी धारियां होंगी। ऐसे हस्तक्षेप पैटर्न की जांच करने के लिए, दूरबीन को प्लेट $A,$ के मुख की ओर निर्देशित किया जाता है जो चांदी से लेपित होती है।
इंटरफेरोमीटर अक्ष की दिशा में मोनोक्रोमैटिक तरंगों का हस्तक्षेप
यदि प्रकाश तरंगें इंटरफेरोमीटर की धुरी के साथ स्पष्ट रूप से यात्रा करती हैं, तो उनके पथ में ऑप्टिकल अंतर ($\Delta$) इंटरफेरोमीटर की भुजाओं ($p_1\ और\p_2\$) की लंबाई में अंतर के रूप में उत्पन्न होता है:
\[\Delta =2\left(p_1-\ p_2\right)\left(1\right).\]
इस मामले में, स्ट्रोक अंतर है:
\[\delta =\frac(2\pi \Delta )(\lambda )\left(2\right).\]
ध्यान दें कि विचाराधीन मामले में हम तरंग के चरण में परिवर्तन को ध्यान में नहीं रखेंगे, जो तब होता है जब यह दर्पण से परावर्तित होता है और प्लेट ए में अपवर्तित होता है, क्योंकि हस्तक्षेप पैटर्न इससे नहीं बदलता है।
आइए मान लें कि जब कोई तरंग प्लेट ए पर गिरती है, तो इसकी ऊर्जा प्रवाह घनत्व दो भागों में विभाजित हो जाती है। आइए समीकरणों का उपयोग करके दूरबीन की ओर जाने वाली तरंगों को परिभाषित करें:
जहां $E_0$ आपतित तरंग का आयाम है; $\डेल्टा =(\varphi )_2-(\varphi )_1$. प्राप्त तरंग की तीव्रता है:
जहां $I_0=\frac(1)(2)(E_0)^2$ स्रोत तरंग की तीव्रता है।
निम्नलिखित अभिव्यक्ति (3) के साथ:
\[\delta =\left(2m+1\right)\pi ,\ \left(m=0,\pm 1,\pm 2,\dots \right)\left(4\right),\] \
मामले में यदि:
\[\delta =2m\pi ,\ \left(m=0,\pm 1,\pm 2,\dots \right)\left(6\right),\] \
जब शर्त (6) पूरी हो जाती है, तो स्रोत की सारी ऊर्जा "स्क्रीन" पर आ जाती है। प्रकाश स्रोत की ओर लौटने वाला कोई ऊर्जा प्रवाह नहीं है।
समाधान सहित समस्याओं के उदाहरण
उदाहरण 1
व्यायाम।ऑप्टिकल अनुसंधान में मिशेलसन इंटरफेरोमीटर का उपयोग कैसे किया जा सकता है?
समाधान।इंटरफेरोमीटर दर्पण को स्थानांतरित करने की क्षमता (उदाहरण के लिए, दर्पण डी) हस्तक्षेप करने वाले बीम के पथ अंतर को बदल सकती है। यह इस इंटरफेरोमीटर को ऑप्टिकल डिवाइस के रूप में उपयोग करने की सभी संभावनाओं को निर्धारित करता है। इसका उपयोग प्रकाश की तरंग दैर्ध्य को मापने के लिए किया जा सकता है। यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि दर्पण को इस प्रकार घुमाया जाए कि उसकी परावर्तक सतह स्वयं के समानांतर हो।
माइकलसन इंटरफेरोमीटर प्रकाश के अपवर्तनांक में परिवर्तन को माप सकता है। मोटाई $d$ और अपवर्तक सूचकांक $n"$ की एक अतिरिक्त प्लेट को इंटरफेरोमीटर की समान भुजाओं में से एक में डाला जाता है, फिर हस्तक्षेप करने वाली किरणों के बीच एक पथ अंतर दिखाई देगा:
\[\Delta =2d\left(n"-n\right)\left(1.1\right),\]
जहाँ $n=1$ वायु का अपवर्तनांक है। पाइप के दृश्य क्षेत्र में हस्तक्षेप पैटर्न को बहाल करने के लिए, इंटरफेरोमीटर बांह की अन्य लंबाई को बराबर मात्रा में बढ़ाया जाना चाहिए:
\[\Delta p=\frac(\Delta )(2)=d\left(n"-1\right)\left(1.2\right).\]
माइकलसन ने पृथ्वी के सापेक्ष प्रकाश किरण के प्रसार की दिशा और प्रकाश की गति के बीच संबंध का परीक्षण करने के लिए इस उपकरण का उपयोग किया।
माइकलसन इंटरफेरोमीटर का उपयोग करते हुए, पहली बार, वर्णक्रमीय रेखाओं की बारीक संरचना का एक व्यवस्थित अध्ययन किया गया और एक संदर्भ मीटर की तुलना प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से की गई। फिलहाल, वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए एक उपकरण के रूप में मिशेलसन इंटरफेरोमीटर पुराना हो चुका है।
उदाहरण 2
व्यायाम।हस्तक्षेप पैटर्न को $k$ फ्रिंज द्वारा स्थानांतरित करने के लिए दर्पण D को स्वयं के समानांतर कितना स्थानांतरित किया जाना चाहिए (चित्र 2)? प्रकाश की तरंगदैर्घ्य $\lambda$ है। \textit()
समाधान।समस्या को हल करने के आधार के रूप में, हम हस्तक्षेप मैक्सिमा प्राप्त करने के लिए शर्त का उपयोग करते हैं
\[\Delta =m\lambda \ \left(m=0,\pm 1,\pm 2,\dots \right)\left(2.1\right).\]
दूसरी ओर, हम जानते हैं कि दर्पण की पहली स्थिति में इंटरफेरोमीटर के लिए:
\[(\Delta )_1=2\left(p_2-\ p_1\right)=m_1\lambda \left(2.2\right).\]
इंटरफेरोमीटर अवस्था में, जब एक दर्पण को $\Delta p$ (वांछित दूरी) की दूरी से स्थानांतरित किया जाता है:
\[(\Delta )_2=2\left(p_2+\Delta p-\ p_1\right)=m_2\lambda \left(2.3\right).\]
आइए समीकरण (2.2) और (2.3) के बीच अंतर खोजें, हमारे पास है:
\[(\Delta )_2-(\Delta )_1=m_2\lambda -m_1\lambda =2\left(p_2+\Delta p-\ p_1\right)-2\left(p_2-\ p_1\right)\left (2.4\दाएं).\]
समस्या के अनुसार:
रूपांतरित अभिव्यक्ति (2.4), हम प्राप्त करते हैं:
उत्तर।$\Delta p=\frac(k\lambda )(2)$
> माइकलसन इंटरफेरोमीटर
संचालन के सिद्धांत पर विचार करें माइकलसन इंटरफेरोमीटर. जानें कि माइकलसन इंटरफेरोमीटर, सर्किट डिज़ाइन और एप्लिकेशन में हस्तक्षेप पैटर्न कैसा दिखता है।
माइकलसन इंटरफेरोमीटर ऑप्टिकल इंटरफेरोमेट्री के क्षेत्र में सबसे आम विन्यास है।
सीखने का उद्देश्य
- माइकलसन इंटरफेरोमीटर के संचालन के सिद्धांत को समझें।
मुख्य केन्द्र
- इंटरफेरोमेट्री उनके बारे में जानकारी प्राप्त करने के लिए सुपरइम्पोज़्ड तरंगों का उपयोग करती है।
- एक विशेष एक्चुएटर प्रकाश की किरण को दो पथों में विभाजित करता है, वापस उछलता है और एक हस्तक्षेप पैटर्न बनाने के लिए उन्हें पुनः संयोजित करता है।
- सबसे प्रसिद्ध अनुप्रयोग माइकलसन-मॉर्ले प्रयोग है, जहां शून्य परिणाम ने सापेक्षता के विशेष सिद्धांत को प्रेरित किया।
शर्तें
- विशेष सापेक्षता: प्रकाश की गति सभी संदर्भ फ़्रेमों में स्थिर रहती है।
- आरोपित - किसी अन्य वस्तु के ऊपर रखा हुआ।
- हस्तक्षेप वायुमंडलीय या अन्य प्रभावों के कारण होने वाली विकृति के कारण सुपरपोजिशन द्वारा निर्मित एक प्रभाव है।
इंटरफेरोमेट्री
सीधे शब्दों में कहें तो, इंटरफेरोमेट्री उनकी विशेषताओं को मापने के लिए आरोपित तरंगों में हस्तक्षेप का उपयोग है। इंटरफेरोमेट्री पद्धति का उपयोग कई वैज्ञानिक क्षेत्रों में किया जाता है, जैसे खगोल विज्ञान, इंजीनियरिंग, भौतिकी, फाइबर ऑप्टिक्स और समुद्र विज्ञान।
औद्योगिक दृष्टि से इसका उपयोग छोटे कमरों, अपवर्तनांक और सतहों पर अनियमितताओं को मापने के लिए किया जाता है। जब समान आवृत्ति की दो तरंगें संयुक्त होती हैं, तो परिणामी पैटर्न उनके चरणों में अंतर पर आधारित होता है। यदि तरंगें चरण में हैं तो रचनात्मक हस्तक्षेप बनता है, जबकि विनाशकारी हस्तक्षेप नहीं होता है। तरंगों की प्रारंभिक अवस्था के बारे में जानकारी प्राप्त करने के लिए इस सिद्धांत का उपयोग इंटरफेरोमेट्री में किया जाता है।
माइकलसन इंटरफेरोमीटर
माइकलसन इंटरफेरोमीटर सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला इंटरफेरोमीटर है, जो ए. ए. माइकलसन द्वारा बनाया गया है। संचालन सिद्धांत प्रकाश किरण को दो पथों में विभाजित करना है। इसके बाद, यह उन्हें पुनः संयोजित करता है और एक हस्तक्षेप पैटर्न बनाता है। डिटेक्टर पर धारियां बनाने के लिए, पथों की लंबाई और संरचना अलग-अलग होनी चाहिए।
रंगीन और मोनोक्रोमैटिक धारियां: (ए) - सफेद धारियां, जहां दो किरणें चरण व्युत्क्रमण की संख्या में भिन्न होती हैं; (बी) - सफेद धारियां, जहां दो बीमों को चरण व्युत्क्रमों की समान संख्या की विशेषता होती है; (सी) - मोनोक्रोमैटिक प्रकाश के साथ धारियों का पैटर्न
नीचे दिया गया चित्र दिखाता है कि डिवाइस कैसे काम करता है। एम 1 और एम 2 दो अत्यधिक पॉलिश किए गए दर्पण हैं, एस प्रकाश स्रोत है, एम एक आधा चांदी दर्पण है जो बीम स्प्लिटर के रूप में कार्य करता है, और सी एम पर एक बिंदु है जो आंशिक रूप से प्रतिबिंबित होता है। जब किरण S, M पर एक बिंदु से टकराती है, तो यह दो किरणों में विभाजित हो जाती है। एक किरण ए की ओर परावर्तित होती है, और दूसरी सतह एम के माध्यम से बिंदु बी तक प्रेषित होती है। ए और बी अत्यधिक पॉलिश दर्पण एम 1 और एम 2 पर बिंदु हैं। जब किरणें इन बिंदुओं से टकराती हैं, तो वे वापस बिंदु C पर परावर्तित हो जाती हैं, जहां वे एक हस्तक्षेप पैटर्न बनाने के लिए पुनः संयोजित होती हैं। बिंदु E पर यह प्रेक्षक के सामने आता है।
माइकलसन इंटरफेरोमीटर आरेख प्रकाश तरंगों का मार्ग दर्शाता है
अनुप्रयोग
माइकलसन इंटरफेरोमीटर का उपयोग गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज के लिए किया जाता है। उन्होंने ऊपरी वायुमंडल के अध्ययन, डॉपलर चौड़ाई की माप और चमक और अरोरा के स्पेक्ट्रा में बदलाव के माध्यम से तापमान और हवाओं का निर्धारण करने में भी प्रमुख भूमिका निभाई।
लेकिन फिर भी, कई लोगों को सबसे प्रसिद्ध एप्लिकेशन - माइकलसन-मॉर्ले प्रयोग याद है। यह साधारण हवा की गति पर काल्पनिक ईथर हवा के प्रभाव को प्रदर्शित करने का एक असफल प्रयास था। इसने सापेक्षता के विशेष सिद्धांत के निर्माण को प्रेरित किया।
माइकलसन इंटरफेरोमीटर सबसे आम कंकाल इंटरफेरोमीटर डिजाइनों में से एक है, जिसे उन मामलों में विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है जहां हस्तक्षेप करने वाली तरंगें उत्पन्न करने वाली वस्तुओं का स्थानिक संरेखण असंभव है या किसी कारण से अवांछनीय है।
माइकलसन इंटरफेरोमीटर डिज़ाइन का योजनाबद्ध चित्रण
लेंस के फोकस पर स्थित लगभग बिंदु स्रोत S से प्रकाश की एक किरण को इस लेंस द्वारा एक समानांतर किरण में परिवर्तित किया जाता है (अक्सर आधुनिक अनुप्रयोगों में यह किरण केवल लेजर विकिरण होती है जिसे किसी अतिरिक्त लेंस द्वारा संघटित नहीं किया जाता है)। इसके बाद, इस किरण को एक पारभासी सपाट दर्पण एसएम द्वारा दो भागों में विभाजित किया जाता है, जिनमें से प्रत्येक क्रमशः दर्पण एम 1.2 द्वारा वापस परावर्तित होता है। ये दो परावर्तित किरणें एससी स्क्रीन पर एक हस्तक्षेप पैटर्न बनाती हैं, जिसकी प्रकृति दोनों किरणों के तरंगाग्र आकार के अनुपात से निर्धारित होती है।
बीम के तरंगाग्र एक हस्तक्षेप पैटर्न बनाते हैं 
अर्थात्, उस बिंदु पर जहां स्क्रीन स्थित है, इन दो बीमों में तरंग मोर्चों आर 1,2 की वक्रता की अलग-अलग त्रिज्याएं हो सकती हैं, साथ ही बाद वाले ए का पारस्परिक झुकाव भी हो सकता है। विशेष रूप से, यह समझना आसान है कि दोनों संकेतित त्रिज्याएँ समान होंगी, और a=0, यदि और केवल यदि दर्पण M 1,2 दोनों सपाट हैं (या आम तौर पर एक ही आकार के हैं), और दर्पण M की स्थिति अंतरिक्ष में 1 विभाजक एसएम, यानी एम 2 "(चित्र 1 देखें) में एम 2 के दर्पण प्रतिबिंब के साथ मेल खाता है।
इस मामले में, स्क्रीन पर रोशनी एक समान होगी, जिसका अर्थ है इंटरफेरोमीटर का आदर्श संरेखण।
a¹0 के मामले में, R 1 =R 2 (विभाजक से दर्पण तक की दूरी सही ढंग से समायोजित की जाती है, लेकिन झुकाव के कोण नहीं हैं), स्क्रीन पर समदूरस्थ प्रत्यक्ष हस्तक्षेप फ्रिंज की एक तस्वीर दिखाई देगी, जैसा कि हस्तक्षेप में होता है एक पतली पच्चर के दो चेहरों से परावर्तित तरंगों की।
a=0, R 1 ¹R 2 (सही कोणीय समायोजन, लेकिन विभाजक से दर्पण की गलत दूरी) के मामले में, हस्तक्षेप पैटर्न अलग-अलग वक्रता के दो गोलाकार तरंग मोर्चों के प्रतिच्छेदन के कारण संकेंद्रित छल्ले होते हैं।
अंत में, a=0, R 1 =R 2 के मामले में, लेकिन दर्पणों में से एक की गैर-आदर्श सपाटता, तस्वीर संबंधित दर्पण सतह की अनियमितताओं के चारों ओर एक अनियमित आकार की "न्यूटन की अंगूठी" होगी।
देखे गए पैटर्न में ये सभी परिवर्तन आदर्श से समायोजन मापदंडों के बहुत छोटे (स्थानिक स्थिति और दर्पण अनियमितताओं की ऊंचाई में तरंग दैर्ध्य का दसवां हिस्सा, और कोणीय समायोजन में दसियों माइक्रोरेडियन) विचलन के साथ होते हैं। यदि हम इसे ध्यान में रखते हैं, तो यह स्पष्ट हो जाता है कि मिशेलसन इंटरफेरोमीटर अंतरिक्ष में किसी वस्तु की स्थिति, उसके कोणीय समायोजन और समतलता की निगरानी के लिए एक बहुत ही सटीक उपकरण है। स्क्रीन विमान में तीव्रता वितरण को सटीक रूप से मापने के लिए विशेष तरीके स्थिति सटीकता को कई नैनोमीटर तक बढ़ाना संभव बनाते हैं।
प्रभाव का तकनीकी कार्यान्वयन
तकनीकी कार्यान्वयन चित्र के अनुसार पूर्ण रूप से किया जाता है। 1 सामग्री भाग. हीलियम-नियॉन लेजर की लेजर बीम (स्पष्टता के लिए, इसे दूरबीन के साथ 10-15 मिलीमीटर के व्यास तक विस्तारित करना बेहतर है) को एक पारभासी दर्पण द्वारा दो भागों में विभाजित किया जाता है, जो दो सपाट दर्पणों से परिलक्षित होता है, और एक निश्चित हस्तक्षेप होता है स्क्रीन पर पैटर्न प्राप्त होता है. फिर, भुजाओं की लंबाई और दर्पणों की कोणीय स्थिति को सावधानीपूर्वक समायोजित करने से, स्क्रीन पर बीम ओवरलैप के क्षेत्र में हस्तक्षेप पैटर्न गायब हो जाता है।
प्रौद्योगिकी में माइकलसन इंटरफेरोमीटर के अनुप्रयोग बहुत विविध हैं। उदाहरण के लिए, इसका उपयोग किसी वस्तु की छोटी विकृतियों (सपाटता से विचलन) की दूरस्थ निगरानी के लिए किया जा सकता है (चित्र 1 में दर्पणों में से एक को प्रतिस्थापित करके)। यह दृष्टिकोण तब बहुत सुविधाजनक होता है, जब किसी कारण या किसी अन्य कारण से, वस्तु और संदर्भ सतह (चित्र 1 में दूसरा दर्पण) की निकटता अवांछनीय हो। उदाहरण के लिए, वस्तु बहुत गर्म है, रासायनिक रूप से आक्रामक है, इत्यादि।
लेकिन माइकलसन इंटरफेरोमीटर का सबसे महत्वपूर्ण तकनीकी अनुप्रयोग रोटेशन द्वारा उत्पन्न हस्तक्षेप फ्रिंज की शिफ्ट को नियंत्रित करने के लिए सैग्नैक प्रभाव पर आधारित ऑप्टिकल जाइरोस्कोप में इस सर्किट का उपयोग है।
