Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   Посетите Сервер по Физике Обратите внимание!
 
  Наука >> Физика >> Общая физика >> Оптика | Обзорные статьи
 Написать комментарий  Добавить новое сообщение
 См. также

Календарь событий4 января - день рождения Исаака Ньютона

Популярные статьиКогерентный и некогерентный свет: Как измерить время когерентности

Популярные статьиЛабиринты фотонных кристаллов: сверхрешетка

ФотографииОгонь, вода и ... мыльные нитки

ФотографииКольца Ньютона

Популярные статьиЭффекты Джозефсона в сверхпроводниках: Сверхпроводниковые квантовые интерферометры

НовостиКорпускулярно-волновой интерферометр для макромолекул

Популярные статьиКогерентный и некогерентный свет: Практическое значение когерентности света

НовостиДесять наиболее красивых физических экспериментов

Популярные статьиМагматизм Земли: поляризационный микроскоп

Популярные статьиПринципы голографии: Динамическая голография

Популярные статьиНовые магматические горные породы.: шлиф

Популярные статьиДинамическая голография и проблема обращения волнового фронта: Использование нелинейных сред для ОВФ

Популярные статьиПринципы голографии: Введение

Популярные статьиФундаментальные взаимодействия: Гравитационное взаимодействие

Словарные статьиАнтенна: внешняя задача теории антенн

Интерференция света

Научно-образовательный сервер "Оптика",
ИТМО, Санкт-Петербург.
Содержание

Применение в спектроскопии

Угловая дисперсия

Положение максимумов интерференционной картины в монохроматическом свете зависит от длины волны $\lambda$. Изменение их положения при изменении $\lambda$ служит важной характеристикой спектрального прибора, которая называется дисперсией. В данном случае максимумы имеют форму колец в фокальной плоскости линзы (см.рисунок) и их положение определяется углом $\theta$, а величина $d\theta /d\lambda$ характеризует угловую дисперсию прибора. В соответствии с формулой для максимума порядка m
$\cos\theta =m\lambda /(2h),$

откуда $d\theta /d\lambda =-m/(2h\sin\theta )$. Исключая отсюда m, получаем
$d\theta /d\lambda =-1/(\lambda {\rm tg}\;\theta), d\theta /d\lambda\approx -1/(\lambda\theta)$
(последнее справедливо при малых $\theta$, когда ${\rm tg}\;\theta\approx\theta$). Из этой формулы следует, что угловая дисперсия не зависит от расстояния h между зеркалами и других параметров интерферометра. Она неограниченно возрастает при приближении к направлению нормали $\theta =0$. Знак минус показывает, что с ростом $\lambda$ угол $\theta$ для фиксированного максимума убывает.

Свободная область дисперсии

Найдем угловое расстояние $\Delta\theta$ между соседними кольцами интерференционной картины в монохроматическом свете с данной длиной волны $\lambda$. Из формулы видно, что $\cos(\theta +\Delta\theta)-\cos\theta =\lambda /(2h)$. Так как $\cos (\theta +\Delta\theta)\approx\cos\theta -\sin\theta\Delta\theta$, то
$\Delta\theta =-\lambda /(2h\sin\theta)$

С увеличением угла $\theta$ кольца располагаются все ближе друг к другу. При большом расстоянии h между отражающими плоскостями кольца расположены теснее, чем при малом. По известному угловому расстоянию между кольцами и угловой дисперсии легко найти интервал длин волн, соответствующий расстоянию между кольцами, т.е. между максимумами соседних порядков:
$\Delta\lambda =\frac{\Delta\theta}{d\theta /d\lambda}=\frac{\lambda^2}{2h\cos\theta}.$

Для малых углов падения $\cos\theta\approx 1$ и $\Delta\lambda =\lambda^2 /(2h)$. Спектральный интервал, занимаемый исследуемым излучением, не должен превышать этой величины, чтобы максимумы соседних порядков от отдельных монохроматических компонент излучения не перекрывались. По этой причине интервал $\Delta\lambda$ называют свободной областью дисперсии или постоянной интерферометра.

Совместное использование интерферометра Фабри-Перо и спектральных приборов

С увеличением расстояния h между пластинами возрастает разрешающая сила прибора, характеризующая способность разделять две близкие по длине волны монохроматические спектральные линии. Однако из формулы видно, что увеличение h сопровождается уменьшением области дисперсии $\Delta\lambda =\lambda^2 /(2h)$. При типичных значениях (h=5 мм; $\lambda$=0,5 мкм) $\Delta\lambda$ составляет менее 0,03 нм. Это значит, что при работе с интерферометром Фабри-Перо требуется (за очень редким исключением) дополнительный более грубый спектральный прибор для выделения в излучении источника спектрального интервала, не превосходящего дисперсионной области интерферометра. В простейшем случае может быть применен фильтр, но чаще интерферометр "скрещивают" с призменным или дифракционным спектральным прибором (см. спектральные приборы). Можно, например, спроецировать интерференционные кольца на плоскость щели спектрографа так, чтобы центр картины совпал с серединой щели.Таким образом можно изучать структуру спектральных линий, состоящих из нескольких близко расположенных компонент, так как каждая из компонент образует свою систему интерференционных колец.

Изучение структур спектральных линий

Когда исследуемый спектр состоит из отдельных линий, изображения щели в свете этих линий, получающиеся в соответствующих местах фокальной плоскости спектрографа, оказываются пересеченными поперечными дугами, представляющими участки колец (см рисунок).
Структура линии $\lambda$=591,5 нм изотопа урана-233

Измеряя на спектрограмме, какую долю от расстояния $\Delta\lambda$ между дугами колец соседних порядков составляет расстояние между дугами расщепившихся колец, можно определить спектральные интервалы между компонентами линии, структура которой не разрешается спектрографом. Измерения обычно производят на втором или третьем от центра кольце, где дисперсия еще достаточно велика, но изменяется не столь быстро, как в центре интерференционной картины.
На рисунке приведен образец такой спектрограммы для излучения изотопа урана-233. Каждое интерференционное кольцо расщеплено на шесть компонент. Такое расщепление спектральной линии возникает, как показывает теория атомных спектров, в результате взаимодействия магнитного момента атомного ядра с электронной оболочкой атома (сверхтонкая структура). По характеру и величине сверхтонкого расщепления спектральных линий можно определить основные ядерные константы. В данном случае расщепление на шесть компонент свидетельствует о том, что момент импульса (спин) I ядра исследуемого изотопа урана равен 5/2 (линия расщепляется на 2I + 1 = 6 компонент).

Назад


Написать комментарий
 Copyright © 2000-2015, РОО "Мир Науки и Культуры". ISSN 1684-9876 Rambler's Top100 Яндекс цитирования