зеркало Ллойда
)|Хамфри Ллойд]] в Трудах Королевской ирландской академии . [ 1 ] Его первоначальная цель состояла в том, чтобы предоставить дополнительные доказательства волновой природы света , помимо тех, которые были предоставлены Томасом Янгом и Огюстеном-Жаном Френелем . В эксперименте свет от монохроматического щелевого источника отражается от поверхности стекла под небольшим углом и кажется, что он исходит от виртуального источника в результате . Отраженный свет интерферирует с прямым светом источника, образуя интерференционные полосы. [ 2 ] [ 3 ] Это оптический волновой аналог морского интерферометра . [ 4 ]
Настраивать
[ редактировать ]
Зеркало Ллойда используется для создания интерференционных картин с двумя источниками, которые имеют важные отличия от интерференционных картин, наблюдаемых в эксперименте Янга .
В современной реализации зеркала Ллойда расходящийся лазерный луч падает на зеркало на передней поверхности под углом скольжения , так что часть света попадает прямо на экран (синие линии на рис. 1), а часть света отражается от него. зеркало к экрану (красные линии). Отраженный свет образует виртуальный второй источник, который мешает прямому свету.
В эксперименте Янга отдельные щели демонстрируют дифракционную картину, поверх которой наложены интерференционные полосы от двух щелей (рис. 2). Напротив, эксперимент с зеркалом Ллойда не использует щели и отображает интерференцию двух источников без осложнений, связанных с наложенной дифракционной картиной с одной щелью.
В эксперименте Янга центральная полоса, представляющая равную длину пути, яркая из-за конструктивной интерференции . Напротив, в зеркале Ллойда край, ближайший к зеркалу, представляющий равную длину пути, скорее темный, чем яркий. Это связано с тем, что свет, отражающийся от зеркала, претерпевает фазовый сдвиг на 180 ° и поэтому вызывает деструктивную интерференцию , когда длины пути равны или когда они различаются на целое число длин волн.
Приложения
[ редактировать ]Интерференционная литография
[ редактировать ]Наиболее распространенное применение зеркала Ллойда — УФ-фотолитография и наноструктурирование. Зеркало Ллойда имеет важные преимущества перед двухщелевыми интерферометрами.
Если кто-то хочет создать серию близко расположенных интерференционных полос с помощью двухщелевого интерферометра, расстояние d между щелями необходимо увеличить. Однако увеличение расстояния между щелями требует расширения входного луча, чтобы охватить обе щели. Это приводит к большим потерям мощности. Напротив, увеличение d в методе зеркала Ллойда не приводит к потере мощности, поскольку вторая «щель» представляет собой всего лишь отраженное виртуальное изображение источника. Следовательно, зеркало Ллойда позволяет генерировать мелкодетализированные интерференционные картины достаточной яркости для таких приложений, как фотолитография. [ 5 ]
Типичное использование зеркальной фотолитографии Ллойда включает изготовление дифракционных решеток для поверхностных энкодеров. [ 6 ] и нанесение рисунка на поверхности медицинских имплантатов для улучшения биофункциональности. [ 7 ]
Генерация тестового шаблона
[ редактировать ]Высокая видимость, потому что 2 -модулированные полосы постоянной пространственной частоты могут быть созданы в зеркале Ллойда с использованием параллельного коллимированного монохроматического света, а не точечного или щелевого источника. Однородные полосы, генерируемые таким устройством, можно использовать для измерения передаточных функций модуляции оптических детекторов, таких как ПЗС-матрицы, чтобы охарактеризовать их характеристики как функцию пространственной частоты, длины волны, интенсивности и т. д. [ 8 ]
Оптические измерения
[ редактировать ]Выходной сигнал зеркала Ллойда был проанализирован с помощью матрицы фотодиодов ПЗС для создания компактного, широкодиапазонного и высокоточного волнового измерителя с преобразованием Фурье, который можно было использовать для анализа спектрального выходного сигнала импульсных лазеров. [ 9 ]
Радиоастрономия
[ редактировать ]
В конце 1940-х и начале 1950-х годов ученые CSIRO использовали метод, основанный на зеркале Ллойда, для точных измерений положения различных галактических радиоисточников с прибрежных участков Новой Зеландии и Австралии. Как показано на рис. 3, метод заключался в наблюдении источников, сочетающих прямые и отраженные лучи от высоких скал, возвышающихся над морем. Эти наблюдения после поправки на атмосферную рефракцию позволили построить траектории движения источников над горизонтом и определить их небесные координаты. [ 10 ] [ 11 ]
Подводная акустика
[ редактировать ]Акустический источник чуть ниже поверхности воды создает конструктивные и деструктивные помехи между прямым и отраженным лучами. Это может оказать серьезное влияние на работу гидролокатора . [ 12 ]
Эффект зеркала Ллойда сыграл важную роль в объяснении того, почему морские животные, такие как ламантины и киты, неоднократно подвергались нападениям лодок и кораблей. Помехи, создаваемые зеркалом Ллойда, приводят к тому, что низкочастотные звуки гребного винта становятся неразличимыми у поверхности, где происходит большинство аварий. Это связано с тем, что на поверхности отражения звука почти на 180 градусов не совпадают по фазе с падающими волнами. В сочетании с эффектами распространения и акустического затенения в результате морское животное не может услышать приближающееся судно до тех пор, пока оно не окажется под наездом или не окажется в ловушке гидродинамических сил прохода судна. [ 13 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ллойд, Хамфри (1831). «О новом случае интерференции лучей света» . Труды Королевской ирландской академии . 17 . Королевская ирландская академия: 171–177. ISSN 0790-8113 . JSTOR 30078788 . Проверено 29 мая 2021 г.
- ^ Зеркала Френеля и Ллойда
- ^ «Вмешательство в результате разделения волнового фронта» (PDF) . Университет Арканзаса . Архивировано из оригинала (PDF) 7 сентября 2012 года . Проверено 20 мая 2012 г.
- ^ Болтон, Дж. Дж . ; Сли, О.Б. (1953). «Галактическое излучение на радиочастотах V. Морской интерферометр» . Австралийский физический журнал . 6 : 420–433. Бибкод : 1953AuJPh...6..420B . дои : 10.1071/PH530420 .
- ^ «Примечание по применению 49: Теория зеркального интерферометра Ллойда» (PDF) . Корпорация Ньюпорт . Проверено 16 февраля 2014 г.
- ^ Ли, Х.; Симидзу, Ю.; Ито, С.; Гао, В.; Цзэн, Л. (2013). «Изготовление дифракционных решеток для поверхностных энкодеров с использованием зеркального интерферометра Ллойда с лазерным диодом 405 нм». Ин Линь, Цзе (ред.). Восьмой международный симпозиум по точным измерениям и приборостроению . Том. 8759. стр. 87594Q. Бибкод : 2013SPIE.8759E..4QL . дои : 10.1117/12.2014467 . S2CID 136994909 .
- ^ Домански, М. (2010). «Новый подход к производству титановых имплантатов с наноузором путем сочетания литографии наноимпринтов и реактивного ионного травления» (PDF) . 14-я Международная конференция по миниатюрным системам для химии и наук о жизни . стр. 3–7. ISBN 978-0-9798064-3-8 .
- ^ Хохберг, Е.Б.; Крайен, Н.Л. «Зеркало Ллойда для тестирования MTF MIRS CCD» (PDF) . Лаборатория реактивного движения . Архивировано из оригинала (PDF) 22 февраля 2014 года . Проверено 16 февраля 2014 г.
- ^ Килкопф, Дж.; Портаро, Л. (1992). «Зеркало Ллойда как лазерный волномер». Прикладная оптика . 31 (33): 7083–7088. Бибкод : 1992ApOpt..31.7083K . дои : 10.1364/AO.31.007083 . ПМИД 20802569 .
- ^ Болтон, Дж.Г.; Стэнли, Дж.Дж.; Сли, О.Б. (1949). «Положения трех дискретных источников галактического радиочастотного излучения». Природа . 164 (4159): 101–102. Бибкод : 1949Natur.164..101B . дои : 10.1038/164101b0 . S2CID 4073162 .
- ^ Эдвардс, Филип. «Интерферометрия» (PDF) . Национальная астрономическая обсерватория Японии (NAOJ). Архивировано из оригинала (PDF) 21 февраля 2014 года . Проверено 11 февраля 2014 г.
- ^ Кэри, WM (2009). «Зеркало Ллойда — эффекты интерференции изображений». Акустика сегодня . 5 (2): 14. дои : 10,1121/1,3182842 .
- ^ Герштейн, Эдмунд (2002). «Ламантины, биоакустика и лодки» . Американский учёный . 90 (2): 154–163. Бибкод : 2002AmSci..90..154G . дои : 10.1511/2002.2.154 . S2CID 121310274 . Проверено 13 февраля 2014 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Титчмарш, ПФ (1941). «Интерференционные полосы Ллойда с одним зеркалом». Труды Физического общества . 53 (4): 391–402. Бибкод : 1941PPS....53..391T . дои : 10.1088/0959-5309/53/4/304 .