ГБОУ гимназия № 000
«Московская городская педагогическая гимназия-лаборатория»
Диплом
Изменение малых перемещений тел при помощи оптического интерферометра.
автор: ученик 10 класса «А»
Котов Павел
Руководитель:
Москва
2012
Содержание.
Введение 2
Первая глава 3
Параграф 1. Начальные понятия и термины. 3
Параграф 2. Устройство интерферометра Майкельсона. Оригинальная схема и схема установки для исследования. 4
Введение.
Современная наука требует очень точных расчётов и измерений. Зачастую это нано - размерности, которые не видит глаз человека. Измерить с достаточной степенью точности и при небольших технологических и временных затратах расстояния такого порядка можно при помощи интерферометра Майкельсона.
Нано-размеры характерны для таких наук как наноинженерия, генная инженерия, некоторые области приборостроения. Среди последних достижений нанотехнологии есть перспективные разработки для многих областей науки и техники. Это и фуллерены с нанотрубками для использования в медицине как капсулы для лекарств, и аэрогели для теплоизоляции и детекции заряженных частиц, и графен как современная замена кремнию в интегральных схемах. Ошибка в измерениях может привести к провалу эксперимента или к браку на производстве. Метод, который я собираюсь описать в моём исследовании и подтверждённый экспериментальной установкой, может быть использован как для реальных экспериментов, так и для демонстраций на уроках физики.
Целью моего исследования является создание интерферометра Майкельсона для измерения малых расстояний на базе дисковода для оптических дисков.
Задачами моего исследования являются анализ литературы и других источников об интерферометре и принципах, на которых основана его работа и подбор деталей для постройки экспериментальной установки. Также необходимо произвести калибровку и пробные измерения для нормальной работы установки.
Глава 1. Теоретическая информация об интерференции и об
интерферометре в частности.
Параграф 1. Начальные понятия и термины.
Свет − это волна, а точнее − электромагнитная волна, т. е. распространяющееся в пространстве возмущение электромагнитного поля. Как и любая другая волна, свет обладает всеми обычными свойствами волн. Наиболее важными из них для данного исследования являются фаза и длина волны. Фаза − состояние волны в данной точке и в данный момент времени. Длина волны − расстояние между двумя ближайшими точками с одинаковой фазой (например, между двумя ближайшими горбами волн). Основным явлением для данного явления является интерференция − сложение двух волн с постоянным распределением амплитуды. Результатом интерференции является интерференционная картина − череда тёмных и светлых полос (см. рисунок).
рис.1.
Полосы не разноцветны (при интерференции монохроматического света), однако есть градация освещенности поверхности от минимума к максимуму и обратно, однако при интерференции белого света можно наблюдать весь спектр.
Полосы могут быть разной ширины, это зависит от длины волны. Чем короче длина волны, тем короче расстояние между интерференционными полосами, следовательно, тем уже полосы.
Полоса это область пространства, где интенсивность волн либо максимальна либо минимальна. Полоса светлая, если разность путей составляет чётное число полуволн, и тёмная, если разность равна нечётному числу полуволн.
Параграф 2. Устройство интерферометра Майкельсона.
Интерферометр Майкельсона состоит из источника когерентного[1] излучения (света), двух зеркал, светоделительного кубика (полупрозрачного зеркала), экрана (детектора), см. рисунок 2.
рис.2.
В данном исследовании используется изменённый интерферометр Майкельсона. Он состоит из подвижной лазерной головки дисковода и зеркала (см. рис.3).
Глава 2. Параграф 1.
Оригинальная схема и схема установки для исследования.
Нагревая образец из определённого материала, можно получать на регистраторе сигнала либо 0, либо 1, причём количество нулей и единиц фиксируется счётчиком, что позволяет узнать количество длин волн, на которое расширился образец. Расширение образца происходит из-за нагревания, а уже из-за расширения происходит изменение разности фаз между волнами.
Список литературы.
1. , «Курс общей физики» − изд. «Наука», М. 1972.
2. Свободная Интернет - Энциклопедия Википедия.
[1] Когерентность − согласованность нескольких колебательных или волновых процессов во времени, проявляющаяся при их сложении.
