Nguyên lý laser - Chương 4.1

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯỜNG ĐỘ DÀI BẰNG LASER4.1 Đo chính xác độ dài bằng giao thoa kế laser.4.1.1 Hiệu ứng giao thoa. Hiện tượng giao thoa xảy ra khi hai sóng ánh sáng đơn sắc và kết hợp gặp nhau tại một điểm, hay nói một cách khác hai sóng ánh sáng phải phát từ hai nguồn sáng giống hệt nhau Thường sử dụng hai sóng được tách từ cùng một nguồn phát sáng .
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nguyên lý laser - Chương 4.1Chương 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯỜNG ĐỘ DÀI BẰNG LASER4.1 Đo chính xác độ dài bằng giao thoa kế laser.4.1.1 Hiệu ứng giao thoa. Hiện tượng giao thoa xảy ra khi hai sóng ánh sáng đơn sắcvà kết hợp gặp nhau tại một điểm, hay nói một cách kháchai sóng ánh sáng phải phát từ hai nguồn sáng giống hệtnhau Thường sử dụng hai sóng được tách từ cùng một nguồnphát sáng . 4.1.1.1-Sự giao thoa của hai sóng kết hợp Dao động tổng hợp tại M là tổng véc tơ hai dao động thànhphần đạt tới đó . t d1 s1 = acos [ 2π( T - λ ) + ϕ1 ] t d2 s2 = a cos [ 2π ( − ) + ϕ2 ] TλGiả sử hai dao động cùng phương , do đó độ lớn của daođộng tổng hợp tìm được theo phép cộng đại số:Dao động tổng hợp có cùng chu kỳ như hai dao động thànhphần và có biên độvà do đó cường độ I là là hiệu pha của hai sóng khi gặp nhau tại M Vì (ϕ1 - ϕ2 ) / 2 = cosnt , nên sự phân bố độ dọi phụ thuộc vào hiệu đường đi d2-d1..Do thoả mãn điều kiện d2-d1 = const nên quĩ tích của nhữngđiểm đó là các mặt Hypecboloit tròn xoay nhận đường s1s2làm trục và nhận s1 , s2 làm các tiêu điểm+ Độ dọi đạt cực đại bằng 4a2 khi hai sóng đồng pha , tức làd2-d1=mλ với m là số nguyên hay hiệu quang lộ là một sốnguyên lần bước sóng + Độ dọi đạt cực tiểu và bằng không khi hiệu quang lộ làmột số lẻ lần bước sóng .Hiện tượng khi tổng hợp hai sóng có cùng tần số và có hiệupha ban đầu không đổi được gọi là giao thoa ánh sáng. Thực chất giao thoa của sóng là sự phân bố lại năng lượngdao động trong không gian , tồn tại những điểm luôn daođộng với biên độ cực đại xen kẽ với những điểm luôn daođộng với biên độ cực tiểu . Muốn sự phân bố đó là ổn định trong khoảng thời gian đủđể quan sát được , thì hiệu pha của chúng phải không đổi ítnhất trong khoảng thời gian đó .Hai sóng cùng tần số và có hiệu pha không đổi gọi là haisóng kết hợp và sóng kết hợp là điêù kiện cần để có giao4.1.1.2 Sự giao thoa của hai sóng trong trường hợp tổngquátTrước hết xem rằng hai sóng s1 ,s2 có phương bất kỳ , khiđó việc tổng hợp dao động thực hiện bằng phép cộng véc tơ. S = S1 + S2Cường độ của sóng I = S2 =(S1+S2)2 = S12+S22 + 2S1S2Lấy trung bình theo thời gian quan sát , ta có (S2) = (S12) + (S22) + 2S1S2Khi S1 và S2 là sóng phẳng đơn sắc thì (S2)=a 2/2 nênSố hạng 2(S1S2)gọi là số hạng giao thoa , vì nếu nó bằngkhông thì a2=a12 +a22Cường độ của dao động tổng hợp là tổng đơn giản củacường độ gây ra bởi hai dao động thành phần và không cógiao thoa .Vậy điều kiện thứ nhất để có giao thoa là : phương daođộng của hai sóng không vuông góc với nhau .Trường hợp hai sóng đồng phưong , chỉ là trường hợp riêngđể có giao thoaKhi hai sóng đơn sắc dao động cùng phương có tần số khácnhau S1 = a1cos(ω1t-ϕ1 ) với ϕ1 =k1d1-ϕ01 S2 = a2cos(ω2t-ϕ2 ) với ϕ2 =k2d2-ϕ02Khi đó Để quan sát được ảnh giao thoa thì thời gian quan sát t’ phảiđủ lớn so với chu kỳ dao động vậy chỉ có tích phân thứ nhấtcó thể khác không với điều kiện : - hiệu ω1-ω2 đủ nhỏ - ϕ -ϕ =constVậy điều kiện thứ hai để quan sát được vân giao thoa (tức làhệ vân ổn định trong suốt thời gian đủ để quan sát ) là haisóng phải có tần số khác nhau không nhiều và có hiệu phaban đầu không đổi . Điều đó có nghĩa là phải có sự cộng cácsóng kết hợp .Khi hai sóng biên độ phức U1(r) và U2(r) chồng chất lênnhau , kết quả là một sóng đơn sắc có cùng tần số và có biênđộ phức U(r) = U1(r) + U2(r)cường độ sóng tổng làBiểu thức cường độ của sóng tổng hợp khi giao thoagiữa hai sóng kết hợp có biên độ khác nhau làTrong trường hợp tổng quát nàyĐại lượng được gọi là độ sâu hay độ rõ của ảnh giao thoa .4.1.1.3 Sự hình thành vân giao thoa đồng độ nghiêng :Khi đó hiệu quang trình của cặp tia IR và KR1 bằng4.1.1.4 Ảnh giao thoa của vân đồng độ dầy Trong trường hợp dọi sáng vuông góc r= 0 , hai vân tối liên tiếp ứng với hai bề dày e1 và e2 : 2ne1 = mλ và 2ne2 = ( m+ 1 ) λ và do đó cách nhau một khoảngGiả sử khoảng cách hai vân là h=0,2 mm thìTa thấy rằng khoảng cách giữa các vân không phụ thuộc vàochiều dày nêm mà chỉ phụ thuộc vào góc nêm . Như vậy ,bằng việc đếm số vân dịch chuyển ta có thể xác định đượckhoảng dịch chuyển của gương .Trong trường hợp nguồn sáng chiếu thẳng góc vì góc rấtnhỏ , sự giao thoa xảy ra ngay khi tia phản xạ từ bề mặt thứnhất và tia phản xạ từ bề mặt thứ hai gặp nhau trên bề mặtgương thứ nhấtGiao thoa ke Maikenxon4.1.2 Phương pháp đo dộ dài bằng giao thoa kế laser.Ảnh giao thoa nhận được trên mặt phẳng ảnh M có cườngđộ sáng I đều nhau trên toàn bộ ảnh giao thoa I=I1+I2+ 2cosϕTrong đó Gt St CT ...