Fizeau interferometer
En Fizeau-interferometer är ett interferometriskt arrangemang där två reflekterande ytor placeras vända mot varandra. Såsom framgår av fig. 1 kombineras det bakre reflekterade ljuset från den transparenta första reflektorn med det främre reflekterade ljuset från den andra reflektorn för att bilda interferensfransar.
Termen Fizeau-interferometer syftar också på ett interferometriskt arrangemang som användes av Hippolyte Fizeau i ett berömt experiment från 1851 som till synes stödde Augustin Jean Fresnels partiella eterdraghypotes, men som i slutändan spelade en avgörande roll för att åstadkomma en kris i fysiken som ledde till Einsteins utveckling av teorin om speciell relativitet . Se Fizeau-experiment .
Ansökningar
Fizeau-interferometrar används vanligtvis för att mäta formen på en optisk yta: Vanligtvis jämförs en tillverkad lins eller spegel med en referensbit som har den önskade formen. I fig. 1 visas Fizeau-interferometern som den kan vara inställd för att testa en optisk flat . En exakt figurerad referensplatta placeras ovanpå lägenheten som testas, åtskild av smala distanser. Referensplattan är något avfasad (endast en bråkdel av en grad av avfasning är nödvändig) för att förhindra att den bakre ytan av plattan producerar interferensfransar. En kollimerad stråle av monokromatiskt ljus lyser upp de två lägenheterna, och en stråldelare gör att fransarna kan ses på axeln.
Referensstycket realiseras ibland av ett diffraktivt optiskt element (datorgenererat hologram eller CGH), eftersom detta kan tillverkas med högnoggrannhet litografiska metoder. Fig. 2 illustrerar användningen av CGH vid testning. Till skillnad från figuren har faktiska CGH radavstånd i storleksordningen 1 till 10 µm . När laserljus passerar genom CGH, upplever den noll-ordningens diffrakterade strålen ingen vågfrontsmodifiering. Vågfronten för den första ordningens diffrakterade strålen är emellertid modifierad för att matcha den önskade formen på testytan. I den illustrerade Fizeau-interferometertestuppsättningen riktas den noll-ordningens diffrakterade strålen mot den sfäriska referensytan, och den första ordningens diffrakterade strålen riktas mot testytan på ett sådant sätt att de två reflekterade strålarna kombineras för att bilda interferensfransar.
Fizeau interferometrar används också i fiberoptiska sensorer för mätning av tryck , temperatur , töjning , etc.
Fizeaus eterdrag-experiment
Betydelse
År 1851 använde Fizeau en helt annan form av interferometer för att mäta effekten av ett mediums rörelse på ljusets hastighet, som ses i fig. 3.
Enligt de teorier som rådde på den tiden skulle ljus som färdades genom ett rörligt medium dras med av mediet, så den uppmätta hastigheten för ljuset skulle vara en enkel summa av dess hastighet genom mediet plus mediets hastighet .
Fizeau upptäckte verkligen en släpeffekt, men storleken på effekten som han observerade var mycket lägre än väntat. Hans resultat stödde till synes den partiella eterdraghypotesen om Fresnel, en situation som var oroande för de flesta fysiker.
Över ett halvt sekel gick innan en tillfredsställande förklaring av Fizeaus oväntade mätning utvecklades med tillkomsten av Einsteins teori om speciell relativitet .
Experimentuppställning
Ljus som reflekteras från den tiltade stråldelaren görs parallellt med hjälp av en lins och delas av slitsar i två strålar, som korsar ett rör som bär vatten som rör sig med hastigheten v . Varje stråle förflyttar sig ett annat ben av röret, reflekteras vid spegeln till vänster och återvänder genom det motsatta benet av röret. Sålunda färdas båda strålarna i samma bana, men den ena i vattnets flödesriktning och den andra mot flödet. De två strålarna kombineras på nytt vid detektorn, och bildar ett interferensmönster som beror på eventuell skillnad i tid som reser de två vägarna.
Interferensmönstret kan analyseras för att bestämma ljusets hastighet längs varje ben av röret.
Se även
externa länkar
- Några typiska mätinställningar från broschyren från interferometertillverkaren Zygo Corp.