Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

INTERFEROMETRIE – MĚŘENÍ SVĚTLEM. Vlnová podoba světla bílé světlo žárovky i slunce obsahuje všechny barvy (vlnové délky) světlo laseru je monochromatické.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "INTERFEROMETRIE – MĚŘENÍ SVĚTLEM. Vlnová podoba světla bílé světlo žárovky i slunce obsahuje všechny barvy (vlnové délky) světlo laseru je monochromatické."— Transkript prezentace:

1 INTERFEROMETRIE – MĚŘENÍ SVĚTLEM

2 Vlnová podoba světla bílé světlo žárovky i slunce obsahuje všechny barvy (vlnové délky) světlo laseru je monochromatické (jednobarevné) a koherentní (má stejnou fázi) LASER

3 Vlnění a vlny Světlo má vlnovou i částicovou podobu. Světelné vlny jsou elektromagnetické, stejně, jako např. radiové vlny. Šíří se prostorem podobně, jako vlny na vodě.

4 Vlnová délka a kmitočet rychlost šíření „c“ délka vlny „  “ kmitočet „f“ Vlnění lze popsat hlavními parametry:  rychlostí šíření  délkou vlny  kmitočtem platí: f = c 

5 Spektrum kmitočtů kmitočet [Hz] infrazvuk zvuk ultrazvuk dlouhévlny rádio střednívlnykrátkévlnyvelmikrátkévlny televiznívysílání mobiln í telefony,radary 10 radioreléovéspojeterahertzo vé pásmo infračervené viditelné ultrafialové rentgenovézáření tvrdékosmickézáření světlo

6 Interference vln

7 Interference koherentního světla směr šíření stínítko Koherentní světlo dvou laserových svazků může interferovat konstruktivně, nebo destruktivně

8 Koherenční zrnitost Koherenční zrnitost je snadno pozorovatelným důsledkem koherence laserového světla. Je viditelná i u levného laserového ukazovátka. Svazek dopadající na nerovný povrch (zeď) se odráží do různých směrů a dílčí vlny spolu interferují. Výsledkem je chaotický zrnitý obrazec.

9 Interferometr ½  V interferometru se dělí světelo do dvou svazků, které vzájemně interferují. polopropustná zrcadla Tzv. Mach – Zehnderův interferometr obě dráhy jsou identické jedna z drah je kratší o ½ vlnové délky

10 Michelsonův interferometr posuv zrcadla o 1 x  prostřídání dvou světlých a tmavých skvrn na stínítku Michelsonův interferometr je vhodný pro měření vzdáleností. Mění-li se délka jedné větve, mění se interferenční stav na výstupu polopropustné zrcadlo světlo laseru se dělí do dvou kolmých větví pevná délka větví referenční větev měřicí větev

11 Měření délky interferometrem fotodetektor Michelsonův interferometr Výstup interferometru může být sledován fotodetektorem a střídání interferenčních maxim a minim převáděno na elektrický signál. Počítáme-li interferenční proužky a známe-li vlnovou délku, lze určit vzdálenost posuvu zrcadla v měřící větvi.

12

13 Přesnost měření měřicí přístroj měřená veličinadisplej výsledek měření Přesnost je (zjednodušeně řečeno) jak se výsledek měření liší od skutečnosti. Rozlišení určuje, jak malá změna měřené veličiny měřicí přístroj vůbec zaregistruje (neříká nic o přesnosti) Relativní přesnost určuje, v jakém poměru je průměrná chyba měření vzhledem k měřicímu rozsahu. Relativní přesnost = měřicí rozsah měřená hodnota průměrná chyba prům. chyba měř. rozsah Vyjadřuje se v %, nebo zlomkem, např. 1/100, nebo 10 -2

14 Metrologie Diagram znázorňuje vazby mezi 7 základními veličinami systému SI:  Je zřetelná závislost jednotky délky na jednotce času  Vazba je prostřednictvím konstanty rychlosti světla ve vakuu „c“  Reprezentace: čas – cesiové hodiny (rf oscilátor), délka – laser (interferometr)

15 Frekvence, čas a délka Jednotka délky je definována: „Metr je délka, kterou urazí světlo ve vakuu za interval 1/ sekundy.“ Jednotka času: „Sekunda je dobou trvání period záření odpovídající přechodu mezi dvěma hyperjemnými úrovněmi základního stavu atomu cesia 133.“ Etalon času je velmi přesný a stabilní radiofrekvenční oscilátor. Převod mezi časem a frekvencí je prostý: T = 1 / f Etalon délky je přesný a stabilní laser. Převod optické frekvence na délku (vlnovou délku) je:  = c / f Oba etalony jak času, tak i délky jsou oscilátory pracující v radiofrekvenční, resp. optické oblasti frekvenčního spektra.

16 Hodiny a metr Mechanické hodiny Electronické hodiny Metr oscilátor / kyvadlo převodovka / čítač (dělič) displej laser - optický oscilátor interferometr – čítač vlnových délek displej

17 Přesnosti etalonů času a délky Čas je zatím nejpřesněji měřitelnou fyzikální veličinou. Etalon času – cesiové hodiny jdou s relativní přesností • znamená to, že se mohou předběhnout (zpozdit) o 1 sekundu za 30 milionů let Délku lze zatím měřit s relativní přesností Normálem délky jsou stabilizované lasery: He-Ne, Nd:YAG a jiné. • přesnost měření délky laserovým interferometrem ovlivňuje přesnost (stabilita vlnové délky) laseru (měříme-li ve vakuu) a navíc index lomu vzduchu Měřidla se kalibrují srovnáním s přesnějšími měřidly a etalony. Základní etalony (ty nejpřesnější) už není s čím srovnávat. • srovnávají se tedy mezi sebou – ze vzájemných odchylek se odhaduje, na jaké úrovni přesnosti se základní etalony pohybují. Cesiové hodiny i laser jsou oscilátory. To, oč jde je přesnost jejich kmitočtu. Jejich kmitočty dělí řádová propast, hodiny: 10 GHz, laser: 500 THz.

18 Stabilizovaný Nd:YAG laser

19 Cesiové hodiny Přesný čas cesiových hodin je dnes všeobecně k dispozici, vysílá se pozemními vysílači, např. v Evropě z PTB Braunschweig v Německu v podobě signálů vysílače DCF, který lze přijímat i u nás, nebo prostřednictvím sítě družic systému GPS.

20 Pulzní femtosekundové lasery V posledních letech se objevily na scéně pulzní lasery generující velmi krátké světelné impulzy, které trvají jen pár femtosekund ( sekundy). LASER opakovací perioda pulzů „T“ několik fs Femtosekundové pulzy jsou tak krátké, že je v nich jen pár zákmitů elektromagnetického pole. Jedná se o nejkratší fyzikální děj, který lze v laboratorních podmínkách vytvořit. opakovací frekvence f = 1 / T

21 Titan-safírový pulzní femtosekundový laser

22 fs pulzy, časový a frekvenční pohled I tf FT T I f = 1/T • Jediný nekonečně krátký pulz pokrývá spojitě všechny frekvence. Sekvence těchto pulzů je spektrálně reprezentována nekonečně širokým hřebenem frekvencí. • Periodické pulzy konečné délky jsou reprezentovány spektrálně omezeným hřebenem frekvencí. Existuje nepřímá úměra mezi délkou pulzů a šířkou spektra.

23 Transformace relativní přesnosti spektrální oblast pulzního fs laseru I frekvence f = 1/T opakovací frekvence Každá spektrální složka pulzního laseru (frekvence) je celočíselným násobkem opakovací frekvence. Je-li např. opakovací frekvence odvozena od cesiových hodin a přesná na úrovni , je relativní přesnost každé optické frekvence fs laseru také na úrovni Pulzní fs laser může přemostit rozdíl mezi rf a optickou spektrální oblastí. Může pracovat jako optické hodiny konvertující stabilní frekvenci laseru do radiofrekvenční oblasti a naopak. radiofrekvenční kmitočty rozdíl mezi rf a optickou spektrální oblastí 0 Hz optické kmitočty - světlo

24 Cesta k optickým hodinám Transformace relativní přesnosti frekvence z optického oscilátoru (laseru) prostřednictvím pulzního fs laseru do radiofrekvenčního spektra může vést k optickým hodinám. To povede ke sjednocení jednotky délky a času na bázi jednoho superpřesného oscilátoru. oscilátor (laser) reference (atom, iont) čítač (fs pulzní laser)


Stáhnout ppt "INTERFEROMETRIE – MĚŘENÍ SVĚTLEM. Vlnová podoba světla bílé světlo žárovky i slunce obsahuje všechny barvy (vlnové délky) světlo laseru je monochromatické."

Podobné prezentace


Reklamy Google