تداخل سنجی نوری (4 نوع رایج)
تداخل سنجی نوری، تکنیکی است که از تداخل امواج نور برای تعیین مشخصات مواد استفاده می کند و انواع مختلفی از تداخل سنجی با کاربردهای ویژه وجود دارد.
نور و تکنیک تداخل سنجی
مقدمه
تداخل سنجی تکنیکی است که از تداخل امواج برای اندازه گیری دقیق خواصی مانند فاصله، طول موج و ضریب شکست استفاده می کند. این تکنیک در زمینه های مختلفی از جمله فیزیک، نجوم، مهندسی و مترولوژی استفاده می شود.
تداخل سنجی، با استفاده از امواج مزاحم متعدد برای ایجاد الگوهای تداخل پیچیده ای استفاده می کند که می توان آنها را مشاهده و تجزیه و تحلیل کرد تا اطلاعاتی در مورد خواص فیزیکی امواج و اشیایی که با آنها در تعامل هستند استخراج کند.
تداخل سنجی طیف وسیعی از کاربردها از جمله اندازه گیری فواصل بین ستاره ها، تشخیص امواج گرانشی، آزمایش صافی سطوح و تعیین ضریب شکست مواد دارد.
در این مقاله، به طور مفصل تداخل سنجی امواج نوری را مورد مطالعه و بررسی قرار می دهیم و انواع تکنیک های رایج آن را بیان خواهیم کرد.
یکی از مثال‌های رایج، تداخل سنجی مایکلسون است که شامل تقسیم یک پرتو نور به دو پرتو مجزا، انعکاس آنها از آینه ها و سپس ترکیب مجدد آنها برای ایجاد یک الگوی تداخلی است.
با ما همراه باشید.
مکانیزم تداخل سنجی نور چگونه است؟
تداخل سنجی نور تکنیکی است که از تداخل امواج نور برای اندازه گیری دقیق فواصل کوچک یا تغییرات فاصله استفاده می کند.
این کار با تقسیم یک پرتو نور به دو مسیر جداگانه، سپس ترکیب مجدد آنها به طوری که با یکدیگر تداخل داشته باشند، کار می کند. تداخل در امواج نور بسته به اختلاف فاز بین امواج می تواند سازنده یا مخرب باشد:
- هنگامی که دو مسیر کاملاً در یک راستا قرار گیرند، امواج یکدیگر را تقویت می کنند و یک الگوی تداخل روشن ایجاد می کنند (تداخل سازنده).
- با این حال، اگر یک مسیر کمی طولانی تر از دیگری باشد، امواج از فاز خارج می شوند و یکدیگر را خنثی می کنند و یک الگوی تداخل تاریک ایجاد می کنند (تداخل ویرانگر).
دانشمندان می توانند با اندازه گیری موقعیت حاشیه های تداخل، تفاوت طول مسیر بین دو پرتو نور را تعیین کنند که می تواند برای اندازه گیری فواصل بسیار کوچک یا تغییرات فاصله مورد استفاده قرار گیرد.
تداخل سنجی سازنده
تداخل سازنده زمانی اتفاق می افتد که دو موج هم فاز به هم می رسند (یعنی قله ها و دره های آنها بر همدیگر منطبق می شود، هم فرکانس هستند)، که منجر به افزایش کلی دامنه می شود.
هنگامی که این اتفاق می افتد، امواج با هم جمع می شوند و موجی بزرگتر با شدتی بیشتر از مجموع امواج منفرد تولید می کنند. الگوی تداخل تولید شده توسط تداخل سازنده به صورت حاشیه ها یا نوارهای روشن ظاهر می شود.
تداخل سنجی ویرانگر
از سوی دیگر، تداخل مخرب زمانی اتفاق می‌افتد که دو موج خارج از فاز به هم می رسند (یعنی قله ها و دره های آنها منطبق نیستند)، که منجر به کاهش کلی دامنه می شود.
وقتی این اتفاق می افتد، امواج از یکدیگر کم می شوند و موج کوچک تری با شدتی کمتر از امواج منفرد تولید می کنند. الگوی تداخل تولید شده توسط تداخل مخرب به صورت حاشیه یا نوارهای تیره ظاهر می شود.
انواع تکنیک های تداخل سنجی نور
انواع مختلفی از تکنیک های تداخل سنجی نور وجود دارد، که از جمله موارد رایج و پرکاربرد آنه می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- آزمایش دو شکاف یانگ: این ساده ترین و معروف ترین شکل تداخل سنجی است.
- تداخل سنجی مایکلسون (Michelson): این یک تنظیم پیچیده تر است که از آینه ها برای تقسیم یک پرتو نور به دو پرتو عمود بر هم استفاده می کند.
- تداخل سنجی ماخ-زندر (Mach-Zehnder): این یکی از انواع تداخل سنج مایکلسون است که از تقسیم کننده های پرتو و آینه برای شکافتن و ترکیب مجدد پرتو نور استفاده می کند.
- تداخل سنجی فابری-پرو (Fabry-Perot): نوعی تداخل سنج است که از بازتاب های متعدد بین دو آینه موازی برای ایجاد الگوی تداخل استفاده می کند.
تداخل سنجی نور به روش آزمایش دو شکاف یانگ
آزمایش دو شکاف که به عنوان آزمایش دو شکاف یانگ نیز شناخته می شود، یک آزمایش کلاسیک تداخل سنجی در فیزیک است که رفتار موج مانند نور را نشان می دهد. این آزمایش اولین بار توسط توماس یانگ در سال 1801 انجام شد.
در این آزمایش، یک پرتو نور از طریق دو شکاف باریک بر روی یک صفحه تابیده می شود و یک الگوی تداخلی روی این صفحه نمایش در پشت شکاف ایجاد می کند.
این الگو از یک سری حاشیه های روشن و تیره تشکیل شده است که ناشی از تداخل سازنده و ویرانگر امواج عبوری از دو شکاف است.
الگوی تداخل را می توان با توجه به ماهیت موجی نور توضیح داد، زیرا هر نقطه روی صفحه توسط امواج نوری روشن می شود که فواصل مختلفی را از دو شکاف طی کرده اند و در نتیجه درجات متفاوتی از اختلاف فاز بین آنها ایجاد می شود.
آزمایش دو شکاف نقش مهمی در توسعه مکانیک کوانتومی ایفا کرده است، زیرا دوگانگی موج-ذره ماده را نیز نشان می دهد.
هنگامی که آزمایش با الکترون ها یا ذرات دیگر تکرار می شود، همان الگوی تداخل مشاهده می شود که نشان می دهد ذرات نیز رفتار موج مانندی از خود نشان می دهند.
تداخل سنجی مایکلسون
تداخل سنج مایکلسون وسیله ای است که برای اندازه گیری طول موج نور و تعیین شاخص های نوری مواد استفاده می شود که در اواخر قرن 19 توسط آلبرت آبراهام مایکلسون اختراع شد.
تداخل سنج مایکلسون از یک تقسیم کننده پرتو نور، دو آینه و یک آشکارساز تشکیل شده است. نور یک منبع، توسط تقسیم کننده پرتو به دو پرتو تقسیم می شود که یک پرتو به سمت آینه اول و پرتو دیگر به سمت آینه دیگر هدایت می شود.
سپس پرتوهای منعکس شده، مجدد در تقسیم کننده پرتو ترکیب می شوند (تداخل می کنند) و توسط یک آشکارساز شناسایی می شوند.
با تنظیم موقعیت یکی از آینه ها می توان طول مسیر یک پرتو را نسبت به تیر دیگر تغییر داد که همین امر، باعث تداخل بین دو پرتو در هنگام ترکیب مجدد می شود و در نتیجه یک الگوی تداخلی ایجاد می شود.
الگوی تداخل به طول موج نور و اختلاف طول مسیر بین دو پرتو بستگی دارد. با اندازه گیری الگوی تداخل برای اختلاف طول مسیرهای مختلف، می توان طول موج نور را تعیین کرد.
با استفاده از تداخل سنجی مایکلسون، می توان ضریب شکست یک ماده را نیز تعیین کرد، به این ترتیب که با قرار دادن ماده در مسیر یکی از پرتوها، به دلیل سرعت کمتر نور در ماده، طول مسیر برای آن پرتو تغییر می کند.
این موضوع، باعث تغییر در الگوی تداخل می شود که می توان از آن برای محاسبه ضریب شکست ماده استفاده کرد.
تداخل سنجی ماخ-زندر
تداخل سنجی ماخ-زندر روشی است که برای اندازه گیری تغییرات کوچک در ضریب شکست یک ماده یا تغییرات در موقعیت فیزیکی یک جسم استفاده می شود که شامل دو تقسیم کننده پرتو و دو آینه است که به شکل "V" چیده شده اند.
یک پرتو نور توسط اولین تقسیم کننده پرتو به دو مسیر تقسیم می شود که دو مسیر نوری متفاوت خواهند داشت:
- یک مسیر از نمونه مورد بررسی عبور می کند
- مسیر دیگر به عنوان مرجع عمل می کند
سپس دو پرتو در محل تقسیم‌کننده پرتو دوم، دوباره ترکیب می‌شوند و یک الگوی تداخلی ایجاد می کنند که می تواند روی صفحه یا آشکارساز تشخیص داده شود.
با تنظیم دقیق طول مسیر دو پرتو، می توان در یکی از پرتوها تغییر فاز دلخواه را ایجاد کرد. این تغییر فاز باعث تغییر الگوی تداخل می شود و امکان اندازه گیری دقیق ضریب شکست یا موقعیت نمونه را فراهم می کند.
تداخل سنج های ماخ-زندر در طیف وسیعی از زمینه ها، از جمله ارتباطات فیبر نوری، فناوری حسگر و پردازش اطلاعات کوانتومی کاربرد دارند.
تداخل سنجی فابری-پرو
تداخل سنج فابری-پرو دستگاهی است که برای اندازه گیری فرکانس، طول موج و شدت نور استفاده می شود که از دو آینه موازی تشکیل شده است که با فاصله کمی (با عنوان طول حفره) از هم جدا شده اند.
نور از طریق یکی از آینه ها وارد تداخل سنج می شود و بین آینه ها به عقب و جلو منعکس می شود و بازتاب های متعددی ایجاد می کند که با یکدیگر تداخل دارند.
الگوی تداخل تولید شده در این نوع از تداخل سنجی را می توان برای اندازه گیری خواص نور فرودی استفاده کرد. به عنوان مثال، از فاصله بین حاشیه های تداخلی می توان برای تعیین طول موج نور و از شدت حاشیه ها برای اندازه گیری شدت نور استفاده کرد.
این گروه از تداخل سنج ها معمولاً در طیف سنجی، طراحی حفره لیزری و مخابرات استفاده می شوند. در ساختمان آنها می توان از آینه های بازتابی قوی استفاده کرد تا عملکرد آنها را افزایش یابد و با تنظیم طول حفره یا زاویه تابش نور قابل تنظیم باشند.
خلاصه
در این مقاله به طور مفصل در مورد عملکرد تداخل سنجی نوری صحبت کردیم و در بخش های بعدی انواع تداخل سنج های رایج نوری را عنوان کردیم (4 نوع کلی) که هر کدام چیدمان و کاربرد به خصوصی دارند.
امیدواریم که این مقاله مفید بوده است.
در آخر به شما کاربر عزیز پیشنهاد می کنیم که از محصولات تولیدی شرکت بلورآزما نیز دیدن نمایید. در صورت لزوم، کاتالوگ محصولات نیز در اختیار شما قرار داده شده است.
