интерферометрия

Интерферометрия — это метод, который использует интерференцию наложенных волн для извлечения информации. ^[1] Интерферометрия обычно использует электромагнитные волны и является важным исследовательским методом в области астрономии , волоконной оптики , инженерной метрологии , оптической метрологии, океанографии , сейсмологии , спектроскопии (и ее приложений в химии ), квантовой механики , ядерной физики и физики элементарных частиц , физика плазмы ,дистанционное зондирование , биомолекулярные взаимодействия , профилирование поверхности, микрофлюидика , измерение механического напряжения/деформации, велоциметрия , оптометрия и создание голограмм . ^{[2] : 1–2}

Интерферометры — это устройства, извлекающие информацию из помех. Они широко используются в науке и промышленности для измерения микроскопических смещений, изменений показателя преломления и неровностей поверхности. В случае с большинством интерферометров свет от одного источника разделяется на два луча, которые проходят по разным оптическим путям , которые затем снова объединяются для создания интерференции; Тем не менее, два некогерентных источника также могут создавать помехи при некоторых обстоятельствах. ^[3] Полученные интерференционные полосы дают информацию о разнице длин оптических путей .. В аналитической науке интерферометры используются для измерения длины и формы оптических компонентов с нанометровой точностью; они являются самыми точными из существующих приборов для измерения длины. В спектроскопии с преобразованием Фурье они используются для анализа света, содержащего особенности поглощения или излучения, связанные с веществом или смесью. Астрономический интерферометр состоит из двух или более отдельных телескопов, которые объединяют свои сигналы, обеспечивая разрешение, эквивалентное разрешению телескопа, диаметр которого равен наибольшему расстоянию между его отдельными элементами.

Интерферометрия использует принцип суперпозиции для объединения волн таким образом, чтобы результат их объединения обладал некоторым значимым свойством, диагностическим для исходного состояния волн. Это работает, потому что при объединении двух волн с одинаковой частотой результирующая картина интенсивности определяется разностью фаз между двумя волнами: волны, находящиеся в фазе, будут подвергаться конструктивной интерференции, а волны, находящиеся в противофазе, будут подвергаться деструктивной интерференции. Волны, которые не полностью совпадают по фазе или полностью не совпадают по фазе, будут иметь промежуточную картину интенсивности, которую можно использовать для определения их относительной разности фаз. В большинстве интерферометров используется свет или какая-либо другая формаэлектромагнитная волна . ^{[2] : 3–12}

Обычно (см. рис. 1, хорошо известная конфигурация Майкельсона) одиночный входящий пучок когерентного света будет разделен на два идентичных луча светоделителем (частично отражающим зеркалом). Каждый из этих лучей проходит свой маршрут, называемый траекторией, и они рекомбинируются, прежде чем достичь детектора. Разность хода, разница в расстоянии, пройденном каждым лучом, создает между ними разность фаз. Именно эта введенная разность фаз создает интерференционную картину между изначально одинаковыми волнами. ^{[2] : 14–17} Если один луч был разделен по двум путям, то разность фаз является диагностическим признаком всего, что изменяет фазу на путях. Это может быть физическое изменение вдлина пути или изменение показателя преломления вдоль пути. ^{[2] : 93–103}

Рис. 1. Путь света через интерферометр Майкельсона . Два световых луча от общего источника объединяются на полупосеребренном зеркале и достигают детектора. Они могут либо конструктивно интерферировать (усиливая интенсивность), если их световые волны приходят в фазе, либо деструктивно интерферировать (ослабляя интенсивность), если они приходят не в фазе, в зависимости от точного расстояния между тремя зеркалами.

Рис. 2. Формирование полос в интерферометре Майкельсона.

Рис. 3. Цветные и монохроматические полосы в интерферометре Майкельсона: (а) полосы белого света, где два луча различаются числом инверсий фазы; (b) Полосы белого света, когда два луча претерпели одинаковое число инверсий фазы; (c) Рисунок бахромы с использованием монохроматического света ( D-линии натрия )

Рис. 4. Четыре примера интерферометров с общими путями

Рис. 5. Два интерферометра с расщеплением волнового фронта.

Рис. 6. Три интерферометра с расщеплением амплитуды: Физо , Маха–Цендера и Фабри Перо .

Рисунок 11. Интерферометр VLA

ALMA — астрономический интерферометр, расположенный на плато Чайнантор ^{[39] .}

Рис. 13. Оптические плоские интерференционные полосы. (слева) плоская поверхность, (справа) изогнутая поверхность.

Как интерференционные полосы образуются оптической плоскостью, лежащей на отражающей поверхности. Зазор между поверхностями и длина волны световых волн сильно преувеличены.

Рис. 14. Интерферометр Тваймена–Грина.

Рис. 15. Оптическое тестирование с помощью интерферометра Физо и компьютерной голограммы.

Рис. 16. Частотная гребенка лазера с синхронизацией мод. Пунктирные линии представляют собой экстраполяцию частот мод по направлению к частоте смещения несущей-огибающей (CEO). Вертикальная серая линия представляет собой неизвестную оптическую частоту. Горизонтальные черные линии обозначают два измерения с самой низкой частотой биений.

Рисунок 17. Интерферометры с фазовым сдвигом и сканированием когерентности.

Рисунок 18. Полулунные клетки Nepenthes khasiana , визуализированные с помощью сканирующей интерферометрии белого света (SWLI).

Рис. 19. Интерферометр Тваймена–Грина, настроенный как сканер белого света.