Зеркало Ллойда - это оптический эксперимент, который впервые был описан в 1834 году Хамфри Ллойдом в « Трудах Ирландской королевской академии» . [1] Его первоначальная цель состояла в том, чтобы предоставить дополнительные доказательства волновой природы света , помимо тех, которые предоставили Томас Янг и Огюстен-Жан Френель . В эксперименте свет от источника с монохроматической щелью отражается от поверхности стекла под небольшим углом и в результате, кажется, исходит от виртуального источника . Отраженный свет мешает прямому свету от источника, создавая помехи.бахрома. [2] [3] Это оптический аналог морского интерферометра . [4]
Настраивать
Зеркало Ллойда используется для создания интерференционных картин с двумя источниками, которые имеют важные отличия от интерференционных картин, наблюдаемых в эксперименте Юнга .
В современной реализации зеркала Ллойда расходящийся лазерный луч падает на переднее зеркало под углом скольжения , так что часть света проходит прямо на экран (синие линии на рис.1), а часть света отражается от него. зеркало к экрану (красные линии). Отраженный свет образует виртуальный второй источник, который мешает прямому свету.
В эксперименте Юнга отдельные щели демонстрируют дифракционную картину, поверх которой накладываются интерференционные полосы от двух щелей (рис. 2). Напротив, в эксперименте с зеркалом Ллойда не используются щели, и отображается интерференция от двух источников без осложнений, связанных с наложенной однощелевой дифракционной картиной.
В эксперименте Юнга центральная полоса, представляющая равную длину пути, яркая из-за конструктивной интерференции . Напротив, в зеркале Ллойда край, ближайший к зеркалу, представляющий равную длину пути, скорее темный, чем яркий. Это связано с тем, что свет, отражающийся от зеркала, претерпевает фазовый сдвиг на 180 ° и, таким образом, вызывает деструктивную интерференцию, когда длины пути равны или когда они различаются на целое число длин волн.
Приложения
Интерференционная литография
Чаще всего зеркало Ллойда применяется в УФ-фотолитографии и нанозатрафе. Зеркало Ллойда имеет важные преимущества перед двухщелевыми интерферометрами. Если кто-то хочет создать серию близко расположенных интерференционных полос с помощью двухщелевого интерферометра, расстояние d между щелями должно быть увеличено. Однако увеличение расстояния между щелями требует, чтобы входной луч был расширен, чтобы покрыть обе щели. Это приводит к большой потере мощности. Напротив, увеличение d в методе зеркала Ллойда не приводит к потере мощности, поскольку вторая «щель» - это просто отраженное виртуальное изображение источника. Следовательно, зеркало Ллойда позволяет создавать детализированные интерференционные картины достаточной яркости для таких приложений, как фотолитография. [5]
Типичные применения зеркальной фотолитографии Ллойда включают изготовление дифракционных решеток для датчиков положения поверхности [6] и формирование рисунка на поверхности медицинских имплантатов для улучшения биофункциональности. [7]
Генерация тестового шаблона
Модулированные по cos 2 полосы постоянной пространственной частоты с высокой видимостью могут быть созданы в зеркале Ллойда с использованием параллельного коллимированного монохроматического света, а не точечного или щелевого источника. Равномерные полосы, генерируемые этим устройством, можно использовать для измерения передаточных функций модуляции оптических детекторов, таких как матрицы ПЗС, для характеристики их характеристик как функции пространственной частоты, длины волны, интенсивности и так далее. [8]
Оптическое измерение
Выходной сигнал зеркала Ллойда анализировался с помощью матрицы фотодиодов ПЗС для создания компактного, широкодиапазонного, высокоточного волновомера с преобразованием Фурье, который можно было использовать для анализа спектрального выходного сигнала импульсных лазеров. [9]
Радиоастрономия
В конце 1940-х - начале 1950-х годов ученые CSIRO использовали метод, основанный на зеркале Ллойда, для точных измерений положения различных галактических радиоисточников из прибрежных районов Новой Зеландии и Австралии. Как показано на рис. 3, методика заключалась в наблюдении источников, сочетающих прямые и отраженные лучи от высоких скал, выходящих на море. После поправки на атмосферную рефракцию эти наблюдения позволили построить траектории источников над горизонтом и определить их небесные координаты. [10] [11]
Подводная акустика
Источник звука чуть ниже поверхности воды создает конструктивную и деструктивную интерференцию между прямым и отраженным путями. Это может сильно повлиять на работу сонара . [12]
Считается, что эффект зеркала Ллойда играет важную роль в объяснении того, почему морские животные, такие как ламантины и киты, неоднократно подвергались нападениям с лодок и кораблей. Помехи из-за зеркала Ллойда приводят к тому, что низкочастотные звуки пропеллера не различимы вблизи поверхности, где происходит большинство аварий. Это связано с тем, что на поверхности звуковые отражения почти на 180 градусов не совпадают по фазе с падающими волнами. В сочетании с эффектами распространения и акустического затенения в результате морское животное не может слышать приближающееся судно до тех пор, пока оно не будет сбито или захвачено гидродинамическими силами проходящего судна. [13]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Ллойд, Хамфри (1831). «О новом случае интерференции лучей света» . Труды Королевской ирландской академии . Королевская ирландская академия. 17 : 171–177. ISSN 0790-8113 . JSTOR 30078788 . Проверено 29 мая 2021 .
- ^ Зеркала Френеля и Ллойда
- ^ «Помехи разделением волнового фронта» (PDF) . Университет Арканзаса . Архивировано из оригинального (PDF) 7 сентября 2012 года . Проверено 20 мая 2012 года .
- ^ Болтон, Дж. Г .; Сли, OB (1953). "Галактическое излучение на радиочастотах V. Морской интерферометр" . Австралийский журнал физики . 6 : 420–433. Bibcode : 1953AuJPh ... 6..420B . DOI : 10,1071 / PH530420 .
- ^ «Примечание по применению 49: Теория зеркального интерферометра Ллойда» (PDF) . Корпорация Ньюпорт . Проверено 16 февраля 2014 года .
- ^ Li, X .; Shimizu, Y .; Ито, С .; Gao, W .; Цзэн, Л. (2013). Линь, Цзе (ред.). «Изготовление дифракционных решеток для поверхностных энкодеров с использованием зеркального интерферометра Ллойда с лазерным диодом 405 нм». Международный симпозиум по точным измерениям и приборостроению . Восьмой международный симпозиум по точным измерениям и приборостроению. 8759 : 87594Q. DOI : 10.1117 / 12.2014467 . S2CID 136994909 .
- ^ Доманский, М. (2010). «Новый подход к производству титановых имплантатов с наноразмерным рисунком путем сочетания литографии наноимпринтов и реактивного ионного травления» (PDF) . 14-я Международная конференция по миниатюрным системам для химии и наук о жизни : 3–7.
- ^ Hochberg, EB; Крайен, Н.Л. "Зеркало Ллойда для тестирования MTF ПЗС MIRS" (PDF) . Лаборатория реактивного движения . Архивировано из оригинального (PDF) 22 февраля 2014 года . Проверено 16 февраля 2014 года .
- ^ Kielkopf, J .; Портаро, Л. (1992). «Зеркало Ллойда как лазерный измеритель волн». Прикладная оптика . 31 (33): 7083–7088. Bibcode : 1992ApOpt..31.7083K . DOI : 10,1364 / AO.31.007083 . PMID 20802569 .
- ^ Болтон, Дж. Г.; Стэнли, ГДж; Сли, OB (1949). "Положения трех дискретных источников галактического радиочастотного излучения". Природа . 164 (4159): 101–102. Bibcode : 1949Natur.164..101B . DOI : 10.1038 / 164101b0 .
- ^ Эдвардс, Филипп. «Интерферометрия» (PDF) . Национальная астрономическая обсерватория Японии (NAOJ). Архивировано из оригинального (PDF) 21 февраля 2014 года . Проверено 11 февраля 2014 года .
- ^ Кэри, WM (2009). «Зеркало Ллойда - эффекты интерференции изображений». Акустика сегодня . 5 (2): 14. DOI : 10,1121 / 1,3182842 .
- ^ Герштейн, Эдмунд (2002). «Ламантины, биоакустика и лодки» . Американский ученый . 90 (2): 154–163. Bibcode : 2002AmSci..90..154G . DOI : 10.1511 / 2002.2.154 . Проверено 13 февраля 2014 года .
дальнейшее чтение
- Титчмарш, П. Ф. (1941). «Однозеркальные интерференционные полосы Ллойда». Труды физического общества . 53 (4): 391–402. Bibcode : 1941PPS .... 53..391T . DOI : 10.1088 / 0959-5309 / 53/4/304 .
Внешние ссылки
- Зеркало Ллойда @ wolfram