интерферометрия

# тег · @ автор · ! учёный

Интерферометрия — техника, использующая интерференцию когерентных волн для прецизионных измерений. Сравнивая фазы наложенных волн, можно зарегистрировать изменения порядка длины волны — в оптическом диапазоне это доли микрона. Широко распространена в метрологии, астрономии (VLBI, астрометрический интерферометр) и фундаментальной физике.

История

Изобрёл и применил Альберт Майкельсон в конце XIX века. С помощью своего интерферометра он доказал, что свету не нужно особое вещество (эфир) для распространения, и точно измерил скорость света.

Как работает

В интерферометре лазерный луч расщепляется на два. Один отражается от подвижного зеркала, другой — от неподвижного. Вместе они создают полосы. Сдвиг полос говорит о микроскопическом перемещении зеркала, что позволяет измерять длину, вибрации и даже гравитацию.

💡 Интерферометр LIGO улавливает смещение зеркал в 10⁻¹⁸ метра — это в тысячу раз меньше размера протона, что равно измерению расстояния до ближайшей звезды с точностью в толщину волоса.

Интерферометрия — совокупность методов, в которых волны (свет, радиоволны, атомы) накладываются, создавая интерференционную картину, чувствительную к разности фаз. Позволяет измерять расстояние, показатель преломления, скорость, деформации и гравитационные волны с точностью, недостижимой прямыми методами. В оптической астрономии с помощью апертурного синтеза (например, VLTI) достигается угловое разрешение, эквивалентное телескопу диаметром в сотни метров.

История

Альберт Майкельсон в 1881 г. впервые применил интерферометр в эксперименте по обнаружению эфира, позже (1887) с Эдвардом Морли поставив знаменитый опыт, доказавший постоянство скорости света. В 1920 г. Майкельсон и Фрэнсис Пиз измерили диаметр звезды Бетельгейзе с помощью звёздного интерферометра. Развитие лазеров в 1960-х сделало интерферометрию вездесущей, а в 2015 г. LIGO открыл гравитационные волны, что принесло Нобелевскую премию.

Как работает

Два или более когерентных пучка разделяются, проходят разные оптические пути и рекомбинируются. Интенсивность на выходе зависит от разности фаз: I = I₁ + I₂ + 2√(I₁I₂) cos Δφ. Изменение этой картины при контролируемом сдвиге позволяет вычислять регистрируемую величину. В гетеродинной интерферометрии частота одного пучка немного сдвигается, а сигнал считывается на биениях. Чувствительность ограничена дробовым шумом фотонов, а в гравитационно-волновых антеннах — дополнительно квантовым шумом света и тепловыми шумами. Основан на принципе суперпозиции волн и постоянстве скорости света в вакууме.

I = I_1 + I_2 + 2\sqrt{I_1 I_2} \cos(\Delta\phi)

I — результирующая интенсивность, I₁ и I₂ — интенсивности двух интерферирующих пучков, Δφ — разность их фаз

\theta = \frac{\lambda}{B}

θ — минимальный разрешимый угол, λ — длина волны, B — база (расстояние между апертурами)

Открытые проблемы и интересные факты

Подавление тепловых и сейсмических шумов в гравитационно-волновых детекторах; Увеличение чувствительности без роста размеров; Создание широкополосных интерферометров для астрофизики

💡 Интерферометр LIGO настолько чувствителен, что способен зарегистрировать изменение длины 4-километрового плеча, вызванное гравитационной волной, равное прохождению муравья по всей Земле, уменьшенному до размера атомного ядра.

Пока нет статей

интерферометрия

История

Как работает

История

Как работает

История

Как работает

Открытые проблемы и интересные факты

Статьи по теме