N- щелевой интерферометр
Интерферометр с N -щелью является расширением двухщелевого интерферометра, также известного как двухщелевой интерферометр Юнга. Одно из первых известных применений N -щелевых матриц в оптике было проиллюстрировано Ньютоном . [1] В первой половине двадцатого века Майкельсон [2] описал различные случаи на N -щелях дифракции .
Фейнман [3] описал мысленные эксперименты по изучению двухщелевой квантовой интерференции электронов, используя обозначения Дирака . [4] Этот подход был распространен на с N интерферометры -щелями Дуарте и его коллегами в 1989 году. [5] с использованием узколинейного лазерного освещения, то есть освещения неразличимыми фотонами. Первым применением N -щелевого интерферометра было создание и измерение сложных интерференционных картин. [5] [6] Эти интерферограммы точно воспроизводятся или предсказываются с N интерферометрическим уравнением -щелями для четных ( N = 2, 4, 6,...) или нечетных ( N = 3, 5, 7,...) чисел. прорезей. [6]
N -щелевой лазерный интерферометр
[ редактировать ]
Лазерный интерферометр с N -щелью, представленный Дуарте , [5] [6] [10] использует призматическое расширение луча для освещения пропускающей решетки или матрицы N -щелей, а также матрицу фотоэлектрических детекторов (например, ПЗС или КМОП ) в плоскости интерференции для регистрации интерферометрического сигнала. [6] [10] [11] Расширенный лазерный луч, освещающий решетку N -щелей, является одномодовым и узколинейным. Этот луч также может принимать форму луча, чрезвычайно вытянутого в плоскости распространения и чрезвычайно тонкого в ортогональной плоскости, за счет введения выпуклой линзы перед призматическим расширителем. [6] [10] Такое использование одномерного (или линейного) освещения исключает необходимость точечного сканирования в микроскопии и микроденситометрии . [6] [10] Таким образом, эти инструменты можно использовать как прямые интерферометры с N -щелями или как интерферометрические микроскопы .
Раскрытие этой интерферометрической конфигурации привело к использованию цифровых детекторов в N -щелевой интерферометрии. [5] [11]
Приложения
[ редактировать ]Безопасная оптическая связь
[ редактировать ]
Эти интерферометры, первоначально представленные для приложений в области визуализации, [6] также полезны в оптической метрологии и были предложены для безопасной оптической связи в свободном пространстве . [7] [12] между космическими кораблями. Это связано с тем, что распространяющиеся N -щелевые интерферограммы страдают от катастрофического коллапса из-за попыток перехвата с использованием макроскопических оптических методов, таких как расщепление луча. [7] Последние экспериментальные разработки включают наземные внутриинтерферометрические трассы длиной 35 метров. [8] и 527 метров. [9]
Эти большие и очень большие интерферометры с N -щелями используются для изучения различных эффектов распространения, включая микроскопические помехи при распространении интерферометрических сигналов. Эта работа позволила впервые наблюдать дифракционные картины, наложенные на распространяющиеся интерферограммы. [9]
Эти дифракционные картины (как показано на первой фотографии) создаются путем вставки волокна паутины (или нити паутины ) на путь распространения интерферограммы. Положение волокон паутины перпендикулярно плоскости распространения. [9]
Ясная турбулентность воздуха
[ редактировать ]N -щелевые интерферометры, использующие большие внутриинтерферометрические расстояния, являются детекторами турбулентности ясного воздуха . [8] [9] Искажения, вносимые турбулентностью ясного неба в интерферометрический сигнал, отличаются как по характеру, так и по величине от катастрофического коллапса, возникающего в результате попытки перехвата оптических сигналов с помощью макроскопических оптических элементов. [13]
Расширенная интерферометрическая микроскопия
[ редактировать ]Первоначальное применение N -щелевого лазерного интерферометра заключалось в интерферометрической визуализации . [6] [10] [14] В частности, одномерно расширенный лазерный луч (с поперечным сечением 25-50 мм и высотой 10-25 мкм) использовался для освещения поверхностей изображения (таких как пленки галогенида серебра ) для измерения микроскопической плотности освещенной поверхности. Отсюда и термин интерферометрический микроденситометр . [10] Разрешение вплоть до нано-режима может быть обеспечено с помощью интеринтерферометрических расчетов . [6] При использовании в качестве микроденситометра интерферометр с N -щелью также известен как лазерный микроденситометр. [14]
Расширенный лазерный луч с множеством призм также описывается как чрезвычайно удлиненный лазерный луч . Удлиненный размер луча (25-50 мм) находится в плоскости распространения, а очень тонкий размер (в микрометровом режиме) луча находится в ортогональной плоскости. Это было продемонстрировано для приложений визуализации и микроскопии в 1993 году. [6] [10] Альтернативные описания этого типа чрезвычайно удлиненного освещения включают термины «линейное освещение», «линейное освещение», «освещение тонким световым слоем» (в микроскопии светового листа) и «плоское освещение» (в микроскопии с селективным плоским освещением).
Другие приложения
[ редактировать ]N -щелевые интерферометры представляют интерес для исследователей, работающих в области атомной оптики. [15] Фурье-изображение, [16] оптические вычисления, [17] и квантовые вычисления. [18]
См. также
[ редактировать ]- Расширитель луча
- Ясная турбулентность воздуха
- Дифракция от щелей
- Двухщелевой эксперимент
- Оптическая связь в свободном пространстве
- Лазерная связь в космосе
- микроскопия
- Микроденситометр
- N- щелевое интерферометрическое уравнение
- Список лазерных статей
Ссылки
[ редактировать ]- ^ И. Ньютон, Оптика (Королевское общество, Лондон, 1704 г.).
- ^ А. А. Майкельсон, Исследования по оптике (Чикагский университет, Чикаго, 1927).
- ^ Р.П. Фейнман, Р.Б. Лейтон и М. Сэндс, Фейнмановские лекции по физике , Vol. III (Аддисон Уэсли, Ридинг, 1965).
- ^ ПАМ Дирак , Принципы квантовой механики , 4-е изд. (Оксфорд, Лондон, 1978 г.).
- ^ Перейти обратно: а б с д Ф. Дж. Дуарте и Дж. Пейн, Квантово-механическое описание явлений интерференции с N -щелями, в материалах Международной конференции по лазерам '88 , RC Sze и Ф. Дж. Дуарте (ред.) (STS, Маклин, Вирджиния, 1989), стр. 42–47.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к Дуарте, Ф.Дж. (1993). «Об обобщенном уравнении интерференции и интерферометрических измерениях». Оптические коммуникации . 103 (1–2). Эльзевир Б.В.: 8–14. Бибкод : 1993OptCo.103....8D . дои : 10.1016/0030-4018(93)90634-h . ISSN 0030-4018 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Дуарте, Ф.Дж. (11 декабря 2004 г.). «Безопасная интерферометрическая связь в свободном пространстве: повышенная чувствительность к распространению в метровом диапазоне». Журнал оптики A: Чистая и прикладная оптика . 7 (1). Издательство ИОП: 73–75. дои : 10.1088/1464-4258/7/1/011 . ISSN 1464-4258 . S2CID 120406651 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Дуарте, Ф.Дж.; Тейлор, Т.С.; Кларк, AB; Давенпорт, МЫ (25 ноября 2009 г.). «Интерферометр с N-щелью: расширенная конфигурация». Журнал оптики . 12 (1). Издательство IOP: 015705. Бибкод : 2010JOpt...12a5705D . дои : 10.1088/2040-8978/12/1/015705 . ISSN 2040-8978 . S2CID 121521124 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Дуарте, Ф.Дж.; Тейлор, Т.С.; Блэк, AM; Давенпорт, МЫ; Варметт, PG (3 февраля 2011 г.). «Интерферометр с N-щелью для безопасной оптической связи в свободном пространстве: длина внутриинтерферометрического пути 527 м». Журнал оптики . 13 (3). Издательство IOP: 035710. Бибкод : 2011JOpt...13c5710D . дои : 10.1088/2040-8978/13/3/035710 . ISSN 2040-8978 . S2CID 6086533 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Ф. Дж. Дуарте, Электрооптическая интерферометрическая система микроденситометра, патент США 5255069 (1993). Архивировано 13 октября 2017 г. в Wayback Machine .
- ^ Перейти обратно: а б Ф. Дж. Дуарте, «Высокомощные лазеры на красителях» (Springer-Verlag, Берлин, 1991), глава 2.
- ^ Дуарте, Ф.Дж. (2002). «Безопасная интерферометрическая связь в свободном космосе». Оптические коммуникации . 205 (4–6). Эльзевир Б.В.: 313–319. Бибкод : 2002OptCo.205..313D . дои : 10.1016/s0030-4018(02)01384-6 . ISSN 0030-4018 .
- ^ Ф. Дж. Дуарте, Интерферометрическая визуализация, в журнале Tunable Laser Applications , 2-е издание (CRC, Нью-Йорк, 2009 г.), Глава 12.
- ^ Перейти обратно: а б Ф. Дж. Дуарте, Интерферометрическая визуализация, в журнале Tunable Laser Applications (Марсель-Деккер, Нью-Йорк, 1995), Глава 5.
- ^ ЛБ. Дэн, Теория атомной оптики: метод интеграла по траекториям Фейнмана, Frontiers Phys. Китай 1 , 47–53 (2006).
- ^ Лю, Хунлинь; Шен, Ся; Чжу, Да-Мин; Хан, Шэньшэн (07 ноября 2007 г.). «Призрачные изображения с преобразованием Фурье с чистым коррелированным тепловым светом в дальней зоне». Физический обзор А. 76 (5). Американское физическое общество (APS): 053808. Бибкод : 2007PhRvA..76e3808L . дои : 10.1103/physreva.76.053808 . ISSN 1050-2947 .
- ^ Ф. Дж. Дуарте, Настраиваемая лазерная оптика , 2-е издание (CRC, Нью-Йорк, 2015), Глава 10 .
- ^ Клаузер, Джон Ф.; Даулинг, Джонатан П. (1 июня 1996 г.). «Факторизация целых чисел с помощью N-щелевого интерферометра Юнга». Физический обзор А. 53 (6). Американское физическое общество (APS): 4587–4590. arXiv : 0810.4372 . Бибкод : 1996PhRvA..53.4587C . дои : 10.1103/physreva.53.4587 . ISSN 1050-2947 . ПМИД 9913434 . S2CID 34750766 .