Một số ứng dụng của giao thoa kế Michelson

1 B GIO DC V O TO TRNG I HC VINH CHU DUY THNG Một số ứng dụng giao thoa kế michelson LUN VN THC S VT L Vinh, 2013 B GIO DC V O TO TRNG I HC VINH CHU DUY THNG Một số ứng dụng giao thoa kế michelson CHUYấN NGNH: QUANG HC Mó s : 60.44.01.09 LUN VN THC S Ngi hng dn khoa hc: PGS.TS: Nguyn Hoa L Vinh, 2013 Mc lc Li cam oan Li cm n Danh mc cỏc kớ hiu vit tt Danh mc cỏc hỡnh v bng M u Cu to v nguyờn lớ lm vic ca giao thoa k Khỏi nim c bn v giao thoa ca nhiu chựm sỏng Giao thoa k mach-Zehnder Giao thoa nhiu tia Ph in mụi nhiu lp Kớnh lc giao thoa Giao thoa k Fabry-Perot phng Kớnh lc phõn cc Giao thoa k Michelson Kt lun S dng giao thoa k Michelson o bc súng ỏnh Trang 8 13 17 21 24 27 29 38 39 sỏng v chit sut bn mng thy tinh 2.1 chớnh xỏc v sai s thc nghim ca phộp o 2.2 o bc súng ỏnh sỏng nh giao thoa k Michelson 2.3 o chit sut bng giao thoa k Michelson 39 40 43 phũng thớ nghim 2.4 Kt lun Kt lun chung Ti liu tham kho 46 47 49 Chng 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 Chng Li cam oan Trong lun thc s ny tụi ó s dng mt s ti liu v c trớch dn ny ó cú ghi chỳ c th Nhng giỏ tr thc nghim c thc hin phũng thớ nghim chớnh bn thõn tin hnh o c v ó cú hỡnh nh chng minh kốm theo Nhng kt qu t c quỏ trỡnh lm thớ nghim ó c nờu bng 2.1 v 2.2 Tụi cam oan nhng iu trờn hon ton ỳng s thc, cú gỡ sai sút tụi xin chu hon toỏn trỏch nhim Li cm n Trong quỏ trỡnh hc lp cao hc 19 chuyờn ngnh: quang hc, tụi c PGS.TS.Nguyn Hoa L hng dn vi ti: Mt s ng dng ca giao thoa k Michelson Trong quỏ trỡnh thc hin, tụi ó c s giỳp , hng dn tn tỡnh ca thy v tụi ó hon thnh c lun vn.Tụi chõn thnh cm n thy Tụi xin cm n TS Nguyn Huy Bng ó to iu kin v c s vt cht phũng thớ nghim H Vinh, ó giỳp tụi thc hin thnh cụng cỏc thớ nghim Tụi cng xin cm n chõn thnh ti cỏc thy cụ giỏo khoa vt lớ núi riờng v cỏc thy cụ trng i hc Vinh núi chung ó giỳp tụi hon thnh c lun ny Tụi cm n gia ỡnh ca tụi, cm n trng THPT Din Chõu 2, ó to mi iu kin v thi gian v vt cht quỏ trỡnh tụi hc thc s v hon thnh lun Danh mc cỏc ký hiu v ch vit tt Ak a c D I0, I1, Biờn ỏnh sỏng Khong cỏch gia bn chia v gng Vn tc ỏnh sỏng chõn khụng dy mng mng Cng ỏnh sỏng L m Chiu di mu S nguyờn (s ln xut hin sỏng ti ca vũng giao n T R sk s y , k 0, thoa) Chit sut mụi trng H s truyn qua H s phn x Quang trỡnh Hiu quang trỡnh Khong cỏch Gúc chờnh lch pha Pha Hng s in thm Tn s Danh mc cỏc hỡnh v bng Hỡnh 1.1 Hỡnh 1.2 S mụ t nguyờn lý giao thoa Giao thoa k Mach-Zehnder Hỡnh 1.3 Giao thoa laser o chit sut cc b Hỡnh 1.4 Mt kiu phõn b giao thoa mt vựng khụng khớ b t núng Hỡnh 1.5 Kt hp gia giao thoa k Mach-Zehnder v mỏy quang ph theo phng phỏp múc cõu Hỡnh 1.6 V trớ ca cỏc vt giao thoa nh hm ca bc súng quan sỏt ti tiờu din ca mỏy quang ph Hỡnh 1.7 Giao thoa nhiu tia qua hai mt phng song song Hỡnh 1.8 H s truyn qua ca giao thoa nhiu tia ph thuc vo Hỡnh 1.9 lch pha Cng nh giao thoa ph thuc tn s cho trng hp hai tia Hỡnh 1.10 a Etalon Giao thoa k Fabry-Perot b Hình 1.11 Gơng điện môi nhiều lớp Hình 1.12 Sự phụ thuộc hệ số phản xạ cực đại vào chiết suất số lớp Hình 1.13 Sự phụ thuộc hệ số phản xạ vào bớc sóng gơng ba lớp thuỷ tinh Hỡnh 1.14 Hỡnh 1.15 Hỡnh 1.16 Hỡnh 1.17 Hỡnh 1.18 Kớnh lc giao thoa trờn nguyờn lý giao thoa k FabryPerot Ph truyn qua ca kớnh lc giao thoa Giao thoa k F-P phng s dng chựm tia song song v ghi cng truyn qua bng u thu in quang Quang trỡnh ca chựm tia qua giao thoa k F-P v nh giao thoa Hỡnh 1.19 Profile vch hunh quang ca phõn t Na kớch thớch bi laser Phin Lio Hỡnh 1.20 Giao thoa hai súng Michelson Hỡnh 1.21 H s truyn qua ca giao thoa k Michelson Hỡnh 1.22 Võn giao thoa ca chựm ỏnh sỏng phõn k qua giao thoa k Michelson Hỡnh 1.23 Cu hỡnh giao thoa k Michelson v vt giao thoa Hỡnh 1.24 Giao thoa k Michelson vi cỏc linh kin ph tr o chớnh xỏc bc súng Hỡnh 1.25 Giao thoa k Michelson khụng cú b phn chuyn ng Hỡnh 2.1 S o bc súng bng Giao thoa k Michelson Hỡnh 2.2 nh ton cnh h o Hỡnh 2.3 nh giao thoa Hỡnh 2.4 S o chit sut Hỡnh 2.5 Bảng 1.1 Ton cnh h ụ chit sut ca bn thy tinh mng Các giá trị đặc trng quang vài vật liệu quang học Bảng 1.2 Ngỡng phá huỷ thuỷ tinh k- 8, với chất lợng bề mặt khác Bng 2.1 Bng 2.2 Cỏc giỏ tr o v tớnh búc súng Cỏc giỏ tr o v tớnh chit sut bn mng thy tinh M U Khi nghiờn cu v ỏnh sỏng, chỳng ta quan tõm n cng ca nú, nhng nghiờn cu v mt chựm ỏnh sỏng, ngoi cng tng, chỳng ta quan tõm n vựng ph, ph cng [1,2,3,4] Nu chựm ỏnh sỏng l dng xung, thỡ rng xung cng c quan tõm[2] nghiờn cu c tt c cỏc tớnh cht trờn ca chựm xung ỏnh sỏng, cn s dng n k thut quang ph khỏc vi cỏc thit b quang hc khỏc Giao thoa k l mt nhng thit b quan trng k thut quang ph Nh cú giao thoa k m chỳng ta cú th cỏc nh c bc súng ỏnh sỏng, ph cng Ngoi ra, cú th xỏc nh c phõn cc ca ỏnh sỏng [5] Khi nghiờn cu hin tng giao thoa ỏnh sỏng, ta nghiờn cu hin tng giao thoa ỏnh sỏng vi ngun sỏng im, ngun sỏng rng, giao thoa ca nhiu chựm tia sỏngHin tng giao thoa ỏnh sỏng cú nhiu ng dng thc t Mt nhng ng dng in hỡnh l s dng giao thoa k Milchelson o bc súng laser, o chit sut ca bn mng, Hin cỏc trng i hc, cao ng vin nghiờn cu v mt s trng THPT ó c trang b giao thoa k Michelson phc v cho mc ớch nghiờn cu thớ nghim cỏc trng THPT cha c quan tõm ỳng mc, vic nõng cao cht lng hot ng thc hnh thớ nghim cỏc c s o to, cỏc cp ang l bc thit thu hỳt s quan tõm ca cỏc ging viờn, giỏo viờn, hc sinh,sinh viờn Chớnh vỡ vy tụi ó chn ti: Mt s ng dng ca giao thoa k Michelson cho lun tt nghip ca mỡnh Ngoi phn m u v kt lun ca lun c trỡnh by hai chng: Chng Trỡnh by v nguyờn lý giao thoa ỏnh sỏng, cu trỳc v ng dng ca mt s thit b quang hc hot ng da trờn nguyờn lý giao thúa ỏnh sỏng Chng Trỡnh by mt s h quang hc s dng nguyờn lý giao thoa k Michelson xỏc nh bc súng ỏnh sỏng v chit sut Trờn c s ú, thc hin phộp o bc súng v chit sut bn mng thy tinh phũng thớ nghim Chng CU TO V NGUYấN L LM VIC CA GIAO THOA K 1.1 Khỏi nim c bn v giao thoa ca nhiu chựm ỏnh sỏng Nguyờn lý hot ng c bn ca giao thoa k cú th tng quỏt nh sau (xem hỡnh 1.1) Mt súng ỏnh sỏng cú cng I c chia thnh hai hoc nhiu súng thnh phn cú biờn Ak Cỏc súng thnh phn ny truyn theo cỏc quang trỡnh khỏc cú di sk = nxk , ú, n l chit sut, sau ú, cỏc súng thnh phn chng chp vi u ca giao thoa k 10 Hỡnh 1.1.S mụ t nguyờn lý giao thoa [2] Do cỏc súng ny t mt ngun, nờn chỳng s l kt hp nu chờnh lch quang trỡnh gia chỳng nh hn di kt hp Biờn tng ca cỏc súng chng chp s ph thuc vo biờn thnh phn Ak v pha k = + sk Nh vy, biờn tng ph thuc vo bc súng Cng ca cỏc súng truyn qua giao thoa k t cc i trng hp cú s giao thoa khuch i ca cỏc súng thnh phn iu ú xy lch quang trỡnh tho iu kin sau: sik = si sk = m ,(m = 1, 2, ) (1.1) Cng ca súng truyn qua s l: I tq : A k (1.2) k Thit b giao thoa ch hai súng thnh phn gi l giao thoa k Michelson v Mach-Zehnder Giao thoa k nhiu súng gi l Fabry-Perot v gng ph nhiu lp in mụi (Etalon, bn mt song song, ) Mt s tinh th lng chit cng cú th s dng nh giao thoa k hai súng cú phõn cc vuụng gúc vi Loi giao thoa ny cũn c gi l tm lc Lio, thng c dựng laser mu iu kin (1.1) khụng ch tho i vi bc súng m vi tt c cỏc bc súng tho iu kin m = s , (m = 1,2, ) m (1.3) 37 Trong biu thc (1.50) chờnh lch quang trỡnh c nhõn ụi vỡ ỏnh sỏng phn x t hai lng kớnh S ln cc i ca cng giao thoa s t c = m S ln cc i ca vt giao thoa h lng kớnh thay i mt khong no ú s c u thu DTch v DTx o v ghi li tng ng vi bc súng chun ch v bc súng cn o x T giỏ tr t l gia hai giỏ tr m c cú th tớnh c bc súng cn o x , lu ý n giỏ tr b chớnh tỏn sc ca khụng khớ n ( ch ) n ( x ) Vớ d: chờnh lch quang trỡnh s = 4m (khong cỏch thay i lng kớnh) thỡ s phộp o s t 8.10 (tc l s ln cng t cc i m u thu ghi nhn c) i vi bc súng = 500nm Nh vy, chớnh xỏc s t ti 10-7 Trong iu kin t s gia tớn quỏ ln, chớnh xỏc cú th tng lờn bng phng phỏp cỏch ni suy gia cỏc ln o liờn tip Phng phỏp ny thc hin nh mch ng b pha [15] Mch in ng b ny s nhõn tn s ca tớn hiu vo vi mt h s M cho phự hp vi pha ca nú Hóy cho c hai mỏy m t sau u thu hot ng cựng lỳc Khi ú, tn s m ca u thu súng chun s l f ch = cú th c nhõn vi M C hai mỏy m c chun ng ch thi cho ch u thu DT x thu c N0 xung Cho n thi im t 0, b m gn vi u thu DTch m c N ch = Mf cht0 ln, ú, t0 = N x Lỳc ny, bc súng cha bit s l: N x = N ch ch n(x , p, T ) M n(ch , p, T ) (1.51) ú, p l ỏp sut khớ quyn, T l nhit Nu M=100, ta cú th suy t l hai bc súng x / ch cú chớnh xỏc N ch = MN x / ch cú giỏ tr khong 1/8.108 Thc t, chớnh xỏc nh hn nhiu vỡ nh hng ca hng lot sai s h thng Mt nhng yu t chớnh l quang trỡnh ca hai súng s khỏc 38 mt ớt Cng cn phi chỳ ý n cong ca mt súng gii hn nhiu x ca chựm Gauss cong ny cú th gim bng cỏch s dng telescop (hỡnh 1.24) Hỡnh 1.25 Giao thoa k Michelson khụng cú b phn chuyn ng 1- Laser n mode, 2- Bn tỏch tia, 3-Tm bự quang trỡnh, 4- Lng kớnh phn x hon ton, 5- Bn phõn cc, 6- Mch chia tớn hiu v quy 0, 7- ễ xi lụ Thit b o bc súng trờn c s giao thoa k ó trỡnh by trờn c s dng cho laser liờn tc Juncar [16] ó xut h o bc súng khụng s dng b phn chuyn ng o bc súng cho laser liờn tc v xung (hỡnh 1.25).Thnh phn c bn ca h o ny l giao thoa k Michelson vi hiu quang trỡnh s khụng i Chựm tia laser i vo giao thoa k phõn cc mt gúc 45o so vi mt phng hỡnh 1.25 t lng kớnh vo mt nhỏnh ca giao thoa k, cho ỏnh sỏng phn x hon ton trờn mt ỏy Hai tia cú phõn cc song song 39 vi mt phn x v vuụng gúc vi mt phn x s lch pha mt lng Theo cụng thc Fresnel, ln ca ph thuc vo gúc ti , ú, cú th chn = nu t gúc = 55o19' v chn chit sut lng kớnh n = 1,52 Tớn hiu giao thoa u ca giao thoa k c ghi nhn c lp vi hai thnh phn phõn cc khỏc nhau, vỡ chỳng lch pha Cng giao thoa s cú dng: I ll =I s / ) +cos ( I =I s / ) +sin ( (1.52) T cỏc tớn hiu ú, chỳng ta tớnh c s súng = vi chớnh xỏc n s nguyờn ln s , bi vỡ tt c cỏc s súng m = + m / s (m = 1, 2,3, ) u cho ta mt tớn hiu giao thoa S dng thờm mt vi giao thoa k cựng dng vi gng M1 chung, nhng chờnh lch quang trỡnh thay i, vớ d: 500, 400, 300, 200 àm, chỳng ta cú th tớnh c s súng trung bỡnh vi chớnh xỏc xỏc nh bi giao thoa k cú chờnh lch quang trỡnh ln nht Chờnh lch quang trỡnh si cú th iu khin tuyn tớnh nh h ng c tinh chnh ph chớnh xỏc nhn c vi s tr giỳp ca thit b ny vo khong 6MHz, tng ng vi giao thoa k cú chi tit chuyn ng Thi gian o trng hp ny s ớt hn vỡ si s c o ng thi 1.9 Kt lun Trong chng ny, tụi ó nghiờn cu nguyờn lý giao thoa ca ỏnh sỏng T nguyờn lý ny, cu hỡnh v c trng ca mt s thit b quang hc nh giao thoa k Michelson, Mach-Zehnder, Fabry-Perot, Etalon, kớnh lc giao thoa, kớnh Lio, ó c trỡnh by Trong quỏ trỡnh kho sỏt cỏc c trng ca chỳng, 40 mt s ng dng ng vi tng thit b nh: xỏc nh bc súng, xỏc nh chit sut mụi trng, lc ỏnh sỏng, xỏc nh phõn cc, xỏc nh rng tn s, ó c trỡnh by v gii thiu Tuy nhiờn, õy, tụi ch dng li cỏc thit b giao thoa cha chỳng mụi trng tuyn tớnh Ngay laser i, cỏc cỏc giao thoa k cha chỳng mụi trng phi tuyn ó c nghiờn cu v chỳng hot ng nh nhng thit b lng n nh quang hc [11] Nhng ny ó c quan tõm nhiu nhiu cụng trỡnh trc õy cng nh mt s lun ỏn TS v lun ThS, ú, chỳng tụi khụng gii thiu õy Nhng ng dng trờn ch c gii thiu v mt phng phỏp hiu mt cỏch thu ỏo, chng 2, chỳng tụi s trỡnh by cu hỡnh c th, phng phỏp, quy trỡnh xỏc nh bc súng ỏnh sỏng, chit sut ca mụi trng bng Giao thoa k Michelson - nh mt vớ d c trng cho cỏc thit b giao thoa quang hc 41 Chng S DNG GIAO THOA K MICHELSON O BC SểNG NH SNG V CHIT SUT CA BN MNG THY TINH 2.1 chớnh xỏc v sai s thc nghim ca phộp o Trc i vo nghiờn cu phng phỏp o bc súng, chỳng ta tỡm hiu qua v phng phỏp tớnh giỏ tr thc nghiờm ca i lng cn ụ v sai s ca phộp o phõn gii v chiu sỏng khụng phi l tiờu chun nht ca mt thit b quang ph núi chung v thit b o bc súng núi riờng Vn quan trng õy l giỏ tr o thc nghim v chớnh xỏc ca phộp o bc súng [3] i lng vt lý c o bao gi cng c so sỏnh vi mt giỏ tr chun Bng cỏch ny chỳng ta cú th xỏc nh c mt cỏch thng kờ sai s ca phộp o Gi s chỳng ta thc hin o n ln i lng vt lý v giỏ tr o ca mi ln l Xi , ú, giỏ tr trung bỡnh ca cỏc phộp o s l n X = Xi n i =1 (2.1) chớnh xỏc t c ca hng lot phộp o s xỏc nh sai s thng kờ chớnh xỏc cú th c trng bi lch chun ca n phộp o, c xỏc nh bi biu thc sau: = n X Xi ) ( n i =1 Giỏ tr trung bỡnh ca nhiu phộp o nhiu giỏ tr thc nghim Xi (2.2) X gi l giỏ tr trung bỡnh thc nghim ca Giỏ tr trung bỡnh ny c s dng xỏc nh giỏ tr ca i lng cn o thụng qua lch xỏc sut X X ca giỏ tr cha bit , tc l giỏ tr X s nm khong X X Bi vỡ sai s c xỏc nh khụng ch bng phng phỏp thng kờ m cũn xỏc nh bi sai s h thng ca thit b o v phng phỏp xỏc nh, ú, nú luụn luụn nh hn chớnh xỏc 42 Sai s thc nghim cng cú th c xỏc nh bi chớnh xỏc ca phộp o i lng chun chớnh xỏc v sai s thc nghim c th hin tng ng qua hai t s sau: X v X X (2.3) Vớ d, = 108 X , ta núi chớnh xỏc t 108 Bõy gi chỳng ta nghiờn cu qua sai s v chớnh xỏc ca phộp o bc súng bi mt vi thit b o Hai giỏ tr ny s ph thuc rt nhiu vo cỏc yu t thc nghim nh: nhy ca u thu tớn hiu; n nh c hc ca h o, i xng ca vch ph; nột ca mt phng nhy quang, Nu khụng cú cỏc yu t trờn thỡ chớnh xỏc ca phộp o s c nõng cao hn Túm li, ngoi vic tớnh toỏn, giỏ tr v sai s ca phộp o cũn ph thuc vo sai s h thng Trong trng hp o trc tip, sai s h thng cn quan tõm, nhng trng hp o so sỏnh (ng thi), sai s h thng cú th b qua 2.2 o bc súng bng giao thoa k Michelson phũng thớ nghim S h giao thoa k s dng o bc súng phũng thớ nghim trỡnh by trờn hỡnh 2.1 v nh ton cnh cỏc thit b ca h o gii thiu hỡnh 2.2 Mt laser (2 trờn hỡnh 2.1) cú bc súng cn o c thu kớnh (4 trờn hỡnh 2.1) m rng chựm tia v da vo bn chia 50% (BC) Chựm laser c chia thnh hai chựm thnh phn chiu ti hai gng M v M2 theo hai nhỏnh ca giao thoa k Hai gng c gn cht vi hai vớt Panmer cú th tinh chnh khong cỏch gia hai gng v bn chia mt cỏch tựy ý vi chớnh xỏc n 10-2 mm Mn hỡnh (8 trờn hỡnh 2.1) s ghi nhn nh giao thoa ca hai chựm thnh phn Bng mt thng, chỳng ta cú th m c s vch cc i v cc tiu ca vt giao thoa 43 Hỡnh 2.1 S o bc súng bng Giao thoa k Michelson 1- Giao thoa k Michelson, 2- Laser He-Ne, 3- Cn xoay, 4- Cp thu kớnh f=5mm, 6- Giỏ h thu kớnh, 7-Giỏ trt, 8- Mn hỡnh quan sỏt võn giao thoa Hỡnh 2.2 nh ton cnh h o Chỳ ý rng, hai gng c t trờn mt giỏ quang hc cú th tinh chnh cho vt ca hai chựm thnh phn trung trờn mn hỡnh v ta nh giao thoa 44 Theo nguyờn lý hot ng ca giao thoa k: nu gi m l s ln sỏng (hoc ti) ca im nh trung tõm ca vt giao thoa sau mt hai gng chuyn v mt khong cỏch d Khi ú, bc súng cn o cú th xỏc nh theo cụng thc sau: = 2d m (2.4) ú, chỳng ta ó gi thit rng chit sut mụi trng bng Hỡnh 2.3 Hỡnh nh võn giao thoa Trờn c s cụng thc (2.4), chỳng tụi thc hin quy trỡnh o theo cỏc bc nh sau: Bng Pammer 1, tụi thay i v trớ ca gng M cho xy hin tng gao thoa trờn mn nh ( hỡnh 2.2) t vo khong gia ốn laser v h gng tng rng ca ngun sỏng iu chnh Pammer cú cỏc giỏ tr khỏc (thay i khong d cỏch t bn chia n gng) ng vi mi giỏ tr ca d, m s ln sỏng (hoc ti) ca im nh trung tõm ca vt giao thoa S dng cụng thc (2.4), tớnh giỏ tr thc nghim i S dng cụng thc (2.1) tớnh giỏ tr trung bỡnh ca bc súng sau k ln o 45 S dng cụng thc (2.2) tớnh sai s thng kờ sau k ln o Kt lun bc súng v sai s ó c tớnh Bng 2.1 Kt qu o bc súng ỏnh sỏng ốn laser TT di S ln sỏng (n) (d [mm]) (ln) ( i [à m] ) 0.0315 100 0,630 0.631-0.01 0.0378 120 0,630 0.631-0.01 0.0426 135 0,631 0.631-0.0 0.0474 150 0,632 0.631+0.01 0.0522 165 0,633 0.631+0.02 0.0536 170 0,631 0.631-0.0 0.0600 190 0,632 0.631+0.01 0.0633 200 0,633 0.631+0.02 0.0695 220 0,632 0.631+0.01 10 0.0788 250 0,630 0.631-0.01 Kt lun: = 0.631 Bc súng Sai s ( i [ m ] ) 0.011 (àm) 2.3 o chit sut bng giao thoa k Michelson phũng thớ nghim Trong nghiờn cu ny, chỳng tụi trc tip o chit sut ca mt tm kớnh mng S h giao thoa k s dng o bc súng ỏnh sỏng phũng thớ nghim trỡnh by trờn hỡnh 2.4 v nh ton cnh cỏc thit b ca h o gii thiu hỡnh 2.5 Mt laser cú bc súng cn o c thu kớnh m rng chựm tia v da vo bn chia 50% (BC) Chựm laser c chia thnh hai chựm thnh phn chiu ti hai gng M1 v M2 theo hai nhỏnh ca giao thoa k Gia bn chia v gng M1 t mt bn thy tinh mng cú chit sut n cn xỏc nh Hai gng c gn cht vi hai vớt panmer cú th tinh chnh khong cỏch gia hai gng v 46 bn chia mt cỏch tựy ý vi chớnh xỏc n 10-2 mm Mn hỡnh s ghi nhn nh giao thoa ca hai chựm thnh phn Bng mt thng, chỳng ta cú th m c s vch cc i v cc tiu ca vt giao thoa Hỡnh 2.4 S h o chit sut Hỡnh 2.5 Ton cnh h o chit sut ca bn thy tinh mng Sau nhn c nh giao thoa trờn mn hỡnh, da trờn cỏc vũng sỏng v ti chỳng ta cú th tớnh chit sut nh sau: Da vo iu kin hỡnh thnh vt ti: 2nd = m0 (2.5) ú, n l chit sut ca tm thy tinh, d l khong cỏch thay i v trớ ca gng, m l s ln xut hin vt ti, l bc súng laser ó xỏc nh 47 T (2.5) suy m= 2nd Nu d thay i mt lng bng nh sau: m = (2.6) thỡ m s thay i mt lng c tớnh 2nd (2.7) Nh vy, v trớ gng thay i giỏ tr d n giỏ tr d + d , thỡ s ln ti ca vt trung tõm s tng t m n m + m T (2.7), ta cú cụng thc tớnh ch s khỳc x ca mụi trng: n= m0 d (2.8) Trờn c s cụng thc (2.8), chỳng tụi thc hin cỏc bc nh sau: Bng Pammer 1, tụi thay i v trớ ca gng M cho xy hin tng giao thoa trờn mn nh t thu kớnh hi t cú tiờu c 5cm vo khong gia ốn laser v h gng tng rng ca chựm sỏng Xỏc nh v trớ võn trung tõm trờn mn quan sỏt t vo trc gng M2 mt tm kớnh cn o ch s khỳc x iu chnh Pammer cú cỏc giỏ tr khỏc cho võn trung tõm tr v trựng vi v trớ võn trung tõm ban u ng vi mi giỏ tr ca d tụi m s ln sỏng (hoc ti) ca im nh trung tõm ca vt giao thoa S dng cụng thc (2.8) tớnh giỏ tr n S dng cụng thc (2.1) tớnh giỏ tr trung bỡnh ca chit sut tm thy tinh sau k ln o S dng cụng thc (2.2) tớnh sai s thng kờ sau k ln o 10 Kt lun ch s khỳc x ca mụi trng v sai s ó c tớnh Bng 2.2 Kt qu o chit sut tm thy tinh TT d(mm) m(ln) n 48 0,0258 125 1,53 1,52 + 0,01 0,0257 123 1,51 1,52 0,01 0,0258 124 1,52 1,52 + 0,00 0,0258 124 1,52 1,52 + 0,00 0,0258 125 1,53 1,52 + 0,01 0,0258 123 1,50 1,52 0,02 0,0257 123 1,51 1,52 0,01 0,0258 125 1,53 1,52 + 0,01 0,0257 124 1,52 1,52 + 0,00 10 0,0258 124 1,52 1,52 + 0,00 n= 1,520,007 2.4 Kt lun Trong chng ny, phng phỏp xỏc nh giỏ tr thc nghim ca mt i lng cn o ó c trỡnh by Phng phỏp ny c ỏp dng k thut o bc súng ca ỏnh sỏng bng giao thoa k Michelson Hn na, trờn c s nguyờn lý xỏc nh bc súng bng giao thoa k Michelson, chỳng ti tin hnh o bc súng ca mt laser phũng thớ nghim v chit sut tm thy tinh T cỏc thit b hin cú, chỳng tụi ó thc hin quy trỡnh o theo lý thuyt ó trỡnh by v t c kt qu phự hp vi Catolog ca thit b KT LUN CHUNG 49 Giao thoa k l mt nhng thit b quang hc hin i c ng dng nhiu quang ph, c bit l quang ph laser, nghiờn cu v ph ca cỏc chựm laser Trong cỏc ng dng ú, o bc súng l mt ng dng quan trng nht t laser i c a vo ỏp dng thc t nghiờn cu khoa hc v i sng Do ú, lun ny ó trỡnh by h thng v hin tng giao thoa ỏnh sỏng, mt s cu hỡnh ca thit b giao thoa quang hc, cu hỡnh o bc súng v cu hỡnh o ch s khỳc x ca mụi trng Ni dung chớnh ca lun c túm lc theo my im sau: ó trỡnh by nguyờn lý giao thoa ca hai chựm ỏnh sỏng v nhiu chựm ỏnh sỏng thnh phn T ú, phõn tớch nguyờn lý hot ng ca giao thoa k Michelson, Mach-Zehnder, Fabry-Perot, Lio, Etalon, v phõn tớch ng dng ca chỳng cho nhng mc ớch khoa hc khỏc Gii thiu mt s phng phỏp o bc súng c in bng cỏch t v hai phng phỏp o hin i s dng giao thoa k Michelson vi tr giỳp ca thit b in t nhm nõng cao chớnh xỏc cho laser liờn tc v laser xung ó tin hnh xỏc nh bc súng ca mt laser bng giao thoa k Michelson trờn c s cỏc thit b quang hin cú v cỏc phng phỏp o, o chiờt sut ca mụi trng, phng phỏp x lý s liu thng kờ thc nghim Kt qu o bc súng hon ton trựng hp vi ch s danh nh Catolog iu ny khng nh, phng phng o ó thc hin cú th ỏp dng v thc hin cho cỏc phộp cỏc i lng khỏc nh ph cụng sut, Kh nng ng dng ca giao thoa k Michelson cng nh mt s giao thoa k khỏc vo quang ph l rt ln Ngay h giao thoa k Michelson ó s dng ti Phũng thớ nghim quang ph Trng H Vinh cng cú th ỏp dng cho nhng mc ớch khỏc nh: Xỏc nh gin n nhit ca mt s vt liu, kim tra khuyt tt ca cỏc chi tit cụng ngh, hay quỏ trỡnh nhiu lon thi gian thc 50 ca mụi trng khớ quyn Tuy nhiờn, khuụn kh ca lun ny, tụi khụng th thc hin ht cỏc ni dung trờn Hy vng rng, thi gian ti, cỏc ni dung trờn s c thc hin vi mc ớch kim chng kh nng ca nú, nõng cao hiu bit cho cỏc nh khoa hc tr v giỳp cho vic nghiờn cu mụi trng, mt cp thit hin Ti liu tham kho Born N Wolf E (1965), Principle of Optics, Pergamon Press, London, 1965 51 W.Demtroder (1982) Laser spectroscopy, Berlin-Heidelgerg-New York 3 Hariharan P, (2007) Basics of Interferometry, Second Edition, Elsevier Olszak A.G, Schmit J, Heaton M G (2012) Interferometry: Technology and Application of Bruker are Retrieved Bird J, et al (1995) A Polarizing Michelson interferometer for measuring thermospheric wind Meas Sci Technol Vol.6, No.9, pp 1368-1378 Grigull V Rottenkolber (1967) Two beams Interferometry Using Laser, J Opt Sco Amer, V 57, p.149 Hercher M, (1969), Tilted Etablon in Laser Resonators, App Opt Vol 8, p 1103 Costich V R (1972) Multilayer dielectric Coatings InHandbook Laser/ ED R J Pressley H Q Quý, Laser rn cụng ngh v ng dng, NXB HQGHN, 2005 10 Demtroder W, (1975), Molecular Constants and Potential Curves of Na from Laser-Induced Fluorescence, J Mol Spectrosc Vol.55, p.476 11 H Q Quy, Quang phi tuyn ng dng, NXB HQGHN, 2007 12 Hansch T W (1977), Laser Spectroscopy, Ed R G Brewer 13 Hall J L, Lee S A (1976), Interferometric Real Time Display of CW Dye Laser Wavelength with Sub-Doppler Accuracy, Appl Phys Lett Vol 29, p.367 14 Kowalski F V, et al (1978), An Improved Wavemeter for CW laser, J Opt Sco, Amer Vol 68, p.1611 15 Best R (1976) Theory and Experiments for Phase-Locked Loops, Stuttgart 16 Juncar P (1975) A new method for frequency calibration and control of a laser Opt Comm Vol 14,p.438 [...]... bằng một vài số lẻ lần một phần t bớc sóng (0/4 - 0 bớc sóng bức xạ trong chân không), xác định bởi biểu thức: rmax 1 n2m = 2m 1 + n 2 (1.24) trong đó, m là số lớp điện môi Hình 1.11 Gơng điện môi nhiều lớp a) cấu trúc nhiều lớp b) hệ số phản xạ theo bớc sóng [9] Sự phụ thuộc của hệ số phản xạ vào số bản mặt và chiết suất của nó thể hiện trên hình 1.12 Sự phụ thuộc của hệ số phản xạ của một. .. nh giao thoa trờn mt quan sỏt, thỡ dch tuyn tớnh s l y = f s Trờn hỡnh 1.4, l mt trong nhng nh giao 4a thoa ghi c nh giao thoa k laser (hỡnh 1.3) khi mt nhỏnh cú chit sut thay i (t núng khụng khi bng ốn cn) 14 Hỡnh 1.4 Mt kiu phõn b giao thoa khi mt vựng khụng khớ b t núng Tng t, giao thoa k Mach-Zehnder cú th s dng xỏc nh chit sut khớ nguyờn t Thớ nghim c trỡnh by trờn hỡnh 1.5 H o gm giao thoa. .. theo nguyên lý giao thoa nhiều tia Gơng laser đợc chế tạo rất đặc biệt Nó cấu tạo từ rất nhiều lớp điện môi trong suốt, mỏng song song cách 20 nhau bằng một lớp không khí Hiện tợng giao thoa xẩy ra nhiều lần giữa các mặt phản xạ dẫn đến sự phụ thuộc của hệ số phản xạ của gơng vào bớc sóng bức xạ (hình 1.11) Hệ số phản xạ cực đại của gơng bao gồm m bản mặt có độ dày bằng nhau, đặt cách nhau một khoảng không... hai hệ số phản xạ hai mặt bằng nhau (r1=r2 =r) theo tần số bức xạ có dạng sau R( ) = 4r sin 2 ( 2nD ) (1 r ) 2 + 4r sin 2 ( 2nD ) (1.25) là hàm chu kỳ theo tần số Khoảng cách r giữa hai đỉnh cực đại bằng r= (2nD)-1 (1.26) 21 Hình 1.12 Sự phụ thuộc của hệ số phản xạ cực đại vào chiết suất và số lớp Sự phụ thuộc của hệ số phản xạ vào tần số của gơng nhiều lớp điện môi rất phức tạp, mà đặc trng của nó... s xut hin võn giao thoa, gm nhng vũng trũn ng tõm trờn trc quang Khi dch chuyn gng M2 trờn trc qua tõm vt giao thoa (gng M 1 ng yờn), ng kớnh cỏc võn s thay i, hay núi cỏch khỏc võn giao thoa s cú cng cc tiu v cc i thay th nhau Cng I ( , s ) , trong gii hn khu nh (gúc phõn k nh), s gn vi hm I (s) nh trong hỡnh 1.21 34 Hỡnh 1.22 Võn giao thoa ca chựm ỏnh sỏng phõn k qua giao thoa k Michelson Trong... Michelson Trong trng hp súng ti l chựm song song, nhng t hai gng M 1 hoc M2 lch mt gúc nh, nh giao thoa s l cỏc vt song song v dch theo chiu vuụng gúc vi cỏc vt mt khong s (hỡnh 1.23) Hỡnh 1.23 Cu hỡnh giao thoa k Michelson v vt giao thoa a- Khi hai gng vung gúc vi chựm tia; b- Hai gng lch vi chựm tia Giao thoa Michelson cú th s dng o bc súng chớnh xỏc tuyt i lm c vic ny, cn phi xỏc nh s vũng cc i m... hơn /8 Trong trờng hợp ngợc lại, phản xạ của các đỉnh cơ bản bị giảm, phản xạ của các đỉnh phụ tăng Sự thay đổi đồng thời độ dày lớp và không khí sẽ dẫn đến sự thay đổi đỉnh cực đại của hệ số phản xạ Nếu độ chính xác khi gia công các lớp thấp hơn /4, thì hệ số phản xạ của hệ này chính bằng tổng hệ số phản xạ Fresner của tất cả các mặt phẳng Cấu trúc này đợc sử dụng nh gơng ra cho quá trình lọc mode Gơng... 9 23 Trong nhiều trờng hợp gơng ra của buồng cộng hởng đợc ghép bởi nhiều bản mặt có độ dày nh nhau, nhng với tiết diện ngang khác nhau Gác gơng này chỉ sử dụng cho laser có phân bố nghịch đảo không đều theo tiết diện ngang của hoạt chất Laser rắn thờng sử dụng các gơng điện môi nhiều lớp có hệ số phản xạ lớn ở vùng 1000- 1100 nm 1.5 Kớnh lc giao thoa Kớnh lc giao thoa c s dng truyn bc x lc la trong... s s = 2 m m+1 m + m (1.4) Vựng tỏn sc ca giao thoa k, thụng thng c biu din di dng n v tn s = c s (1.5) khụng ph thuc vo bc m 1.2 Giao thoa k Mach-Zehnder Giao thoa k Mach-Zehnder s dng hai chựm ỏnh sỏng, t mt ngun nh bn chia Hai chựm tia ny s truyn theo hai quang trỡnh khỏc nhau (hỡnh 1.2) Sau khi phn x t hai gng, chỳng li gp nhau bn chia th hai v giao thoa vi nhau Khi hai bn chia v hai gng song... nghiờng mt gúc, sao cho cỏc vt giao thoa u ra cỏch nhau mt khong y ( ) = f , vuụng gúc vi vt 4a Hỡnh 1.5 Kt hp gia giao thoa k Mach-Zehnder v mỏy quang ph theo phng phỏp múc cõu Do chit sut ca khớ nguyờn t ph thuc vo bc súng nờn hin tng dch gõy ra do ng cong tỏn sc gn vi vch ph hp th (hỡnh 1.6) Vt giao thoa gn ph hp th cú dng múc cõu 15 Hỡnh 1.6 V trớ ca cỏc vt giao thoa nh hm ca bc súng quan sỏt