interferometri - Interferometry

Şekil 1. Bir Michelson interferometresinden geçen ışık yolu . Ortak bir kaynağa sahip iki ışık ışını, dedektöre ulaşmak için yarı gümüş aynada birleşir. Üç ayna arasındaki kesin mesafelere bağlı olarak, ışık dalgaları fazda gelirse yapıcı (yoğunlukta güçlenerek) veya faz dışında gelirlerse yıkıcı (yoğunlukta zayıflayarak) müdahale edebilirler.

İnterferometri , bilgi çıkarmak için kullanılan girişim fenomenine neden olmak için dalgaların üst üste bindirildiği bir tekniktir . İnterferometri tipik olarak elektromanyetik dalgaları kullanır ve astronomi , fiber optik , mühendislik metrolojisi , optik metroloji, oşinografi , sismoloji , spektroskopi (ve kimyadaki uygulamaları ), kuantum mekaniği , nükleer ve parçacık fiziği , plazma fiziği , vb . alanlarda önemli bir araştırma tekniğidir. uzaktan algılama , biyomoleküler etkileşimler , yüzey profili oluşturma, mikroakışkanlar , mekanik stres/gerinim ölçümü, hız ölçümü , optometri ve hologram yapma .

Girişim ölçerler, girişimden bilgi çıkaran cihazlardır. Bilim ve endüstride mikroskobik yer değiştirmelerin, kırılma indisi değişikliklerinin ve yüzey düzensizliklerinin ölçümü için yaygın olarak kullanılırlar . Çoğu interferometrede olduğu gibi, tek bir kaynaktan gelen ışık, farklı optik yollarda ilerleyen iki ışına bölünür ve daha sonra girişim üretmek için tekrar birleştirilir; iki tutarsız kaynak da bazı durumlarda müdahale etmek için yapılabilir. Ortaya çıkan girişim saçakları , optik yol uzunluklarındaki fark hakkında bilgi verir . Analitik bilimde, optik bileşenlerin uzunluklarını ve şeklini nanometre hassasiyetinde ölçmek için interferometreler kullanılır; var olan en yüksek hassasiyetli uzunluk ölçüm cihazlarıdır. Gelen spektroskopisi Fourier dönüşümü bir madde veya karışımı ile ilişkili absorpsiyon veya emisyon ışık ihtiva eden özellikleri analiz etmek için kullanılır. Bir astronomik interferometre , sinyallerini birleştiren iki veya daha fazla ayrı teleskoptan oluşur ve kendi elemanları arasındaki en büyük ayrıma eşit çaplı bir teleskopunkine eşdeğer bir çözünürlük sunar.

Temel prensipler

Şekil 2. Bir Michelson interferometresinde saçakların oluşumu
Şekil 3. Bir Michelson interferometresinde renkli ve tek renkli saçaklar: (a) İki ışının faz inversiyonlarının sayısı bakımından farklı olduğu beyaz ışık saçakları; (b) İki ışının aynı sayıda faz inversiyonu yaşadığı beyaz ışık saçakları; (c) Tek renkli ışık kullanan saçak deseni ( sodyum D çizgileri )

İnterferometri, dalgaları, kombinasyonlarının sonucunun dalgaların orijinal durumunun teşhisi olan bazı anlamlı özelliklere sahip olmasına neden olacak şekilde birleştirmek için süperpozisyon ilkesini kullanır. Bu işe yarar, çünkü aynı frekansa sahip iki dalga birleştiğinde, ortaya çıkan yoğunluk modeli iki dalga arasındaki faz farkı ile belirlenir; fazda olan dalgalar yapıcı girişime, faz dışı dalgalar ise yıkıcı girişime maruz kalır. Tamamen fazda olmayan veya tamamen faz dışı olmayan dalgalar, göreceli faz farklarını belirlemek için kullanılabilecek bir orta yoğunluk modeline sahip olacaktır. Çoğu interferometre, ışık veya başka bir elektromanyetik dalga biçimi kullanır .

Tipik olarak (bakınız Şekil 1, iyi bilinen Michelson konfigürasyonu), tek bir gelen tutarlı ışık demeti, bir demet ayırıcı (kısmen yansıtan bir ayna) tarafından iki özdeş demete bölünecektir . Bu ışınların her biri, yol adı verilen farklı bir rotada ilerler ve bir dedektöre ulaşmadan önce yeniden birleştirilirler. Yol farkı, her bir ışının kat ettiği mesafe farkı, aralarında bir faz farkı yaratır. Başlangıçta aynı olan dalgalar arasındaki girişim desenini yaratan bu tanıtılan faz farkıdır. Tek bir ışın iki yol boyunca bölünmüşse, o zaman faz farkı, yollar boyunca fazı değiştiren herhangi bir şeyin teşhisidir. Bu, yol uzunluğundaki fiziksel bir değişiklik veya yol boyunca kırılma indisindeki bir değişiklik olabilir .

Şek. 2a ve 2b'de görüldüğü gibi, gözlemcinin ayna doğrudan bir görünümü vardır M 1 ışın ayırıcı ile görülür, ve yansıtılan görüntü görür M ' 2 ayna M 2 . Saçaklar iki sanal görüntülerin gelen ışık arasındaki müdahalenin sonucu olarak yorumlanabilir S ' 1 ve S ' 2 orijinal kaynak ait S . Girişim modelinin özellikleri, ışık kaynağının doğasına ve aynaların ve ışın ayırıcının kesin yönüne bağlıdır. Şek. 2a, optik elemanlar gelecek şekilde yönlendirildiği S ' 1 ve S ' 2 gözlemci ile uyumlu olan ve elde edilen girişim deseni çevreler normal merkezli oluşur M 1 ve M' 2 . Şekil 2b'deki gibi, M 1 ve M ' 2 birbirine göre eğik ise, girişim saçakları genellikle konik kesitler (hiperboller) şeklini alacaktır, ancak M ' 1 ve M ' 2 üst üste gelirse , saçaklar eksene yakın düz, paralel ve eşit aralıklı olacaktır. S, gösterildiği gibi bir nokta kaynak yerine genişletilmiş bir kaynak ise, Şekil 2a'nın saçakları sonsuza ayarlanmış bir teleskopla gözlemlenmelidir, Şekil 2b'nin saçakları ise aynalarda lokalize olacaktır.

Beyaz ışığın kullanılması renkli saçaklar deseniyle sonuçlanacaktır (bkz. Şekil 3). Eşit yol uzunluğunu temsil eden merkezi saçak, optik sistemi geçerken iki ışın tarafından deneyimlenen faz inversiyonlarının sayısına bağlı olarak açık veya koyu olabilir. ( Bununla ilgili bir tartışma için Michelson interferometresine bakın .)

Kategoriler

İnterferometreler ve interferometrik teknikler çeşitli kriterlere göre kategorize edilebilir:

Homodin ve heterodin tespiti

Gelen homodin tespiti , girişim aynı dalga boyu (ya da iki ışın arasında meydana gelen taşıyıcı frekansı ). İki ışın arasındaki faz farkı, dedektör üzerindeki ışığın yoğunluğunun değişmesine neden olur. Bu iki ışının karıştırılmasından sonra ortaya çıkan ışığın yoğunluğu ölçülür veya girişim saçaklarının modeli izlenir veya kaydedilir. Bu makalede tartışılan interferometrelerin çoğu bu kategoriye girer.

Heterodin tekniği zayıf bir giriş sinyali (bir aktif varsayarak kullanımı amplifiye da (2) gibi, yeni bir frekans aralığında bir girdi sinyalini kayması (1) için kullanılan karıştırıcı ). F frekans zayıf bir giriş sinyali 1 olan karışık f güçlü bir referans frekansı ile 2 bir gelen yerel osilatör (LO). Giriş sinyallerinin doğrusal olmayan kombinasyonu, biri iki frekansın f 1  + f 2 toplamında ve diğeri f 1  − f 2 farkında olmak üzere iki yeni sinyal oluşturur . Bu yeni frekanslara heterodinler denir . Tipik olarak yeni frekanslardan sadece biri istenir ve diğer sinyal mikserin çıkışından filtrelenir. Çıkış sinyali, giriş sinyallerinin genliklerinin çarpımı ile orantılı bir yoğunluğa sahip olacaktır.

Heterodin tekniğinin en önemli ve yaygın olarak kullanılan uygulaması, 1918'de ABD'li mühendis Edwin Howard Armstrong tarafından icat edilen süperheterodin alıcısındadır (süperhet) . Bu devrede, antenden gelen radyo frekansı sinyali yerel bir sinyalle karıştırılır. osilatör (LO) ve heterodin tekniği ile ara frekans (IF) adı verilen daha düşük bir sabit frekans sinyaline dönüştürülür . Bu IF, hoparlöre gönderilen ses sinyalini çıkaran bir dedektöre uygulanmadan önce yükseltilir ve filtrelenir .

Optik heterodin tespiti , heterodin tekniğinin daha yüksek (görünür) frekanslara bir uzantısıdır.

Optik heterodin interferometrisi genellikle tek bir noktada yapılırken, bu geniş alanı gerçekleştirmek de mümkündür.

Ortak yola karşı çift yol

Şekil 4. Dört ortak yol interferometre örneği

Çift yollu bir interferometre, referans ışın ve numune ışınının farklı yollar boyunca hareket ettiği bir girişimdir. Örnekler arasında Michelson interferometresi , Twyman-Green interferometresi ve Mach-Zehnder interferometresi bulunmaktadır . Test edilen numune ile etkileşim tarafından bozulduktan sonra, numune demeti, daha sonra yorumlanabilecek bir girişim deseni oluşturmak için referans demeti ile yeniden birleştirilir.

Bir ortak yol interferometre interferometrenin bir sınıf olan aynı yol boyunca referans ışını ve örnek ışın seyahat. Şekil 4, Sagnac interferometreyi , fiber optik jiroskopu , nokta kırınım interferometresini ve yanal kesme interferometresini göstermektedir . İçerir interferometre ortak yolun diğer örnekleri Zernike faz-kontrast mikroskobu , Fresnel biprism , sıfır alan Sagnac ve scatterplate interferometre .

Dalga cephesi bölünmesine karşı genlik bölünmesi

Wavefront bölme inferometreleri

Bir dalga cephesi bölme interferometresi, bir noktadan veya dar bir yarıktan ( yani uzamsal olarak tutarlı ışık) çıkan bir ışık dalga cephesini böler ve dalga cephesinin iki parçasının farklı yollardan geçmesine izin verdikten sonra, bunların yeniden birleşmelerine izin verir. Şekil 5, Young'ın girişim deneyini ve Lloyd'un aynasını göstermektedir . Wavefront bölme interferometresinin diğer örnekleri arasında Fresnel biprism, Billet Bi-Lens ve Rayleigh interferometre bulunur .

Şekil 5. İki dalga cephesi ayırma interferometresi

1803'te Young'ın girişim deneyi , ışığın dalga teorisinin genel kabulünde önemli bir rol oynadı. Young'ın deneyinde beyaz ışık kullanılırsa, sonuç, iki yarıktan eşit yol uzunluğuna karşılık gelen, yoğunluğu azalan renkli saçaklardan oluşan simetrik bir desenle çevrili, beyaz bir merkezi yapıcı girişim bandıdır . Sürekli elektromanyetik radyasyona ek olarak, Young'ın deneyi bireysel fotonlar, elektronlar ve elektron mikroskobu altında görülebilecek kadar büyük buckyball molekülleri ile gerçekleştirilmiştir .

Lloyd'un aynası , bir kaynaktan gelen doğrudan ışığı (mavi çizgiler) ve kaynağın yansıyan görüntüsünden gelen ışığı (kırmızı çizgiler) otlatma insidansında tutulan bir aynadan birleştirerek girişim saçakları oluşturur. Sonuç, asimetrik bir saçak modelidir. Aynaya en yakın olan eşit yol uzunluğundaki bant parlaktan çok karanlıktır. 1834'te Humphrey Lloyd bu etkiyi ön yüzeyden yansıyan bir ışının fazının ters çevrildiğinin kanıtı olarak yorumladı.

Genlik bölmeli inferometreler

Şekil 6. Üç genlik-bölme interferometresi: Fizeau , Mach–Zehnder ve Fabry Pérot .

Bir genlik bölme interferometresi, gelen dalganın genliğini ayrılan ve yeniden birleştirilen ayrı ışınlara bölmek için kısmi bir yansıtıcı kullanır.

Fizeau interferometre bir test etmek için ayarlanmış olabilir olarak gösterilen optik düz . Test edilen dairenin üstüne, dar ara parçalarla ayrılmış, kesin olarak şekillendirilmiş bir referans daire yerleştirilir. Referans düzlüğü, şapkanın arka yüzeyinin parazit saçakları oluşturmasını önlemek için hafifçe eğimlidir (yalnızca bir dereceye kadar eğim gereklidir). Test ve referans dairelerinin ayrılması, iki dairenin birbirine göre eğilmesine izin verir. Püskül modeline kontrollü bir faz gradyanı ekleyen eğimi ayarlayarak, bir kişi, karmaşık bir kontur çizgileri girdapından ziyade kolayca yorumlanan neredeyse paralel bir dizi saçak elde edebilmek için, saçakların aralığını ve yönünü kontrol edebilir. Ancak plakaların ayrılması aydınlatıcı ışığın hizalanmasını gerektirir. Şekil 6, iki daireyi aydınlatan bir monokromatik ışık demetini ve saçakların eksen üzerinde görüntülenmesini sağlayan bir ışın ayırıcıyı göstermektedir.

Mach-Zehnder interferometre Michelson interferometre daha alet çok yönlü bir fazlasıdır. İyi ayrılmış ışık yollarının her biri yalnızca bir kez geçilir ve saçaklar, istenen herhangi bir düzlemde yer alacak şekilde ayarlanabilir. Tipik olarak, saçaklar, test nesnesi ile aynı düzlemde uzanacak şekilde ayarlanır, böylece saçaklar ve test nesnesi birlikte fotoğraflanabilir. Beyaz ışıkta saçak üretilmesine karar verilirse, beyaz ışık mikrometre mertebesinde sınırlı bir tutarlılık uzunluğuna sahip olduğundan , optik yolların eşitlenmesine büyük özen gösterilmelidir, aksi takdirde saçak görülmez. Şekil 6'da gösterildiği gibi, test hücresine uyması için referans ışının yoluna bir dengeleyici hücre yerleştirilecektir. Ayrıca ışın bölücülerin tam oryantasyonuna da dikkat edin. Işın ayırıcıların yansıtıcı yüzeyleri, test ve referans ışınları eşit miktarda camdan geçecek şekilde yönlendirilecektir. Bu oryantasyonda, test ve referans ışınlarının her biri, aynı sayıda faz inversiyonuyla sonuçlanan iki ön yüzey yansımasına maruz kalır. Sonuç, test ve referans ışınlarında eşit bir optik yol uzunluğu boyunca hareket eden ışığın, yapıcı girişimden oluşan beyaz bir ışık saçağı üretmesidir.

Fabry-Pérot interferometresinin kalbi , gümüş yüzeyleri birbirine bakacak şekilde birkaç milimetre ila santimetre aralıklarla yerleştirilmiş bir çift kısmen gümüşlenmiş cam optik düzlüktür. (Alternatif olarak, bir Fabry-Pérot etalon , iki paralel yansıtıcı yüzeye sahip şeffaf bir plaka kullanır.) Fizeau interferometresinde olduğu gibi, şapkalar hafifçe eğimlidir. Tipik bir sistemde, aydınlatma, bir kolimatör merceğin odak düzleminde ayarlanmış bir dağınık kaynak tarafından sağlanır . Bir odaklama merceği, eşleştirilmiş daireler mevcut değilse, kaynağın ters çevrilmiş görüntüsünü oluşturur; yani , eşleştirilmiş dairelerin yokluğunda, optik sistemden geçen A noktasından yayılan tüm ışık A' noktasında odaklanacaktır. Şekil 6'da, kaynak üzerindeki A noktasından yayılan sadece bir ışın izlenmektedir. Işın eşleştirilmiş düzlüklerden geçerken, odaklanan mercek tarafından toplanan ve ekrandaki A' noktasına getirilen çoklu iletilen ışınlar üretmek için çarpılarak yansıtılır. Tam girişim deseni, bir dizi eşmerkezli halka görünümünü alır. Halkaların keskinliği, dairelerin yansıtıcılığına bağlıdır. Yansıtıcılık yüksekse, yüksek Q faktörü ( yani yüksek incelik) ile sonuçlanırsa , monokromatik ışık karanlık bir arka plana karşı bir dizi dar parlak halka üretir. Şekil 6'da, düşük incelikli görüntü , yüksek incelikli görüntü için 0.95'lik bir yansıtıcılığa karşı 0.04'lük bir yansıtmaya ( yani gümüşlenmemiş yüzeyler) karşılık gelir .

Şekil 6, Fizeau, Mach–Zehnder ve Fabry–Pérot interferometrelerini göstermektedir. Genlik bölme interferometresinin diğer örnekleri arasında Michelson , Twyman-Green , Laser Unequal Path ve Linnik interferometre bulunur .

Michelson-Morley

Michelson ve Morley (1887) ve ışık saçan eterin özelliklerini ölçmek için interferometrik teknikler kullanan diğer erken deneyciler , monokromatik ışığı yalnızca ekipmanlarını ilk kurmak için kullandılar ve gerçek ölçümler için her zaman beyaz ışığa geçtiler . Bunun nedeni, ölçümlerin görsel olarak kaydedilmesidir. Tek renkli ışık, düzgün bir saçak deseniyle sonuçlanacaktır. Modern çevresel sıcaklık kontrolü araçlarından yoksun olan deneyciler, interferometre bir bodrum katına kurulabilmesine rağmen sürekli saçak kayması ile mücadele ettiler. At trafiği, uzak gök gürültülü fırtınalar ve benzerlerinden kaynaklanan titreşimler nedeniyle ara sıra saçaklar kaybolacağından, saçaklar görünür hale döndüğünde bir gözlemcinin "kaybolması" kolay olacaktır. Belirgin renkli bir saçak deseni oluşturan beyaz ışığın avantajları, düşük tutarlılık uzunluğu nedeniyle aparatı hizalamanın zorluklarından çok daha ağır bastı . Bu, "2 pi belirsizliğini" çözmek için beyaz ışığın kullanımının erken bir örneğiydi.

Uygulamalar

Fizik ve astronomi

Fizikte, 19. yüzyılın sonlarının en önemli deneylerinden biri, özel görelilik için kanıt sağlayan Michelson ve Morley'nin ünlü "başarısız deneyi" idi . Michelson-Morley deneyinin son tekrarları, çapraz kriyojenik optik rezonatörlerin vuruş frekanslarının heterodin ölçümlerini gerçekleştirir . Şekil 7, Müller ve diğerleri tarafından gerçekleştirilen bir rezonatör deneyini göstermektedir. 2003 yılında. İki lazerin frekanslarını kontrol eden, kristal safirden yapılmış iki optik rezonatör, bir helyum kriyostat içinde dik açılarda yerleştirildi. Bir frekans karşılaştırıcısı, iki rezonatörün birleşik çıkışlarının vuruş frekansını ölçtü. 2009 itibariyle, rezonatör deneylerinde ışık hızının anizotropisinin dışlanabileceği kesinlik 10 −17 seviyesindedir.

Optik rezonatörler ile MMX.svg
Şekil 7.
Kriyojenik optik rezonatörlerle Michelson-Morley deneyi
Fourier dönüşümü spektrometresi.png
Şekil 8. Fourier dönüşüm spektroskopisi

Şekil 9. Güneş koronasının
LASCO C1 koronagrafı ile çekilmiş bir resmi

Michelson interferometreleri, ayarlanabilir dar bant optik filtrelerde ve Fourier dönüşüm spektrometrelerinin temel donanım bileşeni olarak kullanılır .

Ayarlanabilir bir dar bant filtre olarak kullanıldığında, Michelson interferometreleri, Fabry-Pérot interferometreleri veya Lyot filtreleri gibi rakip teknolojilerle karşılaştırıldığında bir dizi avantaj ve dezavantaj sergiler . Michelson interferometreleri, belirli bir dalga boyu için en geniş görüş alanına sahiptir ve ayarlama, bir Fabry-Pérot sisteminde kullanılan piezoelektrik kristallerin veya lityum niyobat optik modülatörlerinin yüksek voltaj kontrolünden ziyade dalga plakalarının mekanik rotasyonu yoluyla yapıldığından, operasyonları nispeten basittir. . Çift kırılmalı elemanlar kullanan Lyot filtreleri ile karşılaştırıldığında, Michelson interferometreleri nispeten düşük sıcaklık hassasiyetine sahiptir. Negatif tarafta, Michelson interferometreleri nispeten sınırlı bir dalga boyu aralığına sahiptir ve iletimi kısıtlayan ön filtrelerin kullanılmasını gerektirir.

Şekil 8, esasen bir ayna hareketli olan bir Michelson interferometresi olan bir Fourier dönüşüm spektrometresinin çalışmasını göstermektedir. (Pratik bir Fourier dönüşüm spektrometresi, geleneksel Michelson interferometresinin düz aynaları yerine köşe küp reflektörleri kullanır, ancak basitlik için, çizim bunu göstermez.) ayna. Fourier dönüşümü, interferogramı gerçek bir spektruma dönüştürür.

Şekil 9, FeXIV yeşil çizgisine yakın bir dizi dalga boyunda solar korona taramalarını kurtarmak için ayarlanabilir bir Fabry-Pérot interferometre kullanılarak yapılan güneş koronasının bir doppler görüntüsünü gösterir. Resim, uydu kamerasına doğru veya ondan uzağa koronal plazma hızı ile ilişkili olabilen, hattın doppler kaymasının renk kodlu bir görüntüsüdür.

Fabry–Pérot ince film etalonları, görüntüleme için tek bir spektral çizgi seçebilen dar bant geçiren filtrelerde kullanılır; örneğin, Güneş'in veya yıldızların H-alfa çizgisi veya Ca-K çizgisi. Şekil 10, Güneş'in 195 Ångströms'de (19.5 nm) bir Aşırı ultraviyole Görüntüleme Teleskobu (EIT) görüntüsünü gösterir; bu, çoklu iyonize demir atomlarının bir spektral çizgisine karşılık gelir. EIT, hafif bir "aralayıcı" elemanın (silikon gibi) ve ağır bir "saçıcı" elemanın (molibden gibi) alternatif katmanlarıyla kaplanmış çok katmanlı kaplanmış yansıtıcı aynalar kullandı. Her bir aynanın üzerine, her biri yaklaşık 10 nm kalınlığında, her türden yaklaşık 100 katman yerleştirildi. Katman kalınlıkları, istenen dalga boyunda, her katmandan yansıyan fotonların yapıcı bir şekilde müdahale etmesi için sıkı bir şekilde kontrol edildi.

Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalga Gözlem (LIGO) iki adet 4 bölgesinin kullanan Michelson-Fabry-Perot interferometreleri tespiti için yerçekimi dalgalar . Bu uygulamada, Fabry-Pérot boşluğu, fotonları aynalar arasında yukarı ve aşağı zıplarken neredeyse bir milisaniye boyunca depolamak için kullanılır. Bu, bir yerçekimi dalgasının ışıkla etkileşime girme süresini artırır, bu da düşük frekanslarda daha iyi bir hassasiyetle sonuçlanır. Genellikle mod temizleyiciler olarak adlandırılan daha küçük boşluklar, ana lazerin uzaysal filtrelemesi ve frekans stabilizasyonu için kullanılır. Yerçekimi dalgaların ilk gözlem , 14 Eylül 2015 tarihinde oluştu.

Mach-Zehnder İnterferometre en nispeten büyük ve serbestçe erişilebilir çalışma alanı ve saçaklar yerini onun esneklik için seçim interferometre yapmıştır akışını görselleştirilmesi rüzgar tünellerinde ve genel olarak akış görselleştirme çalışmaları için. Gazlardaki basınç, yoğunluk ve sıcaklık değişimlerini ölçmek için aerodinamik, plazma fiziği ve ısı transferi alanlarında sıklıkla kullanılır.

Mach-Zehnder interferometreleri, kuantum mekaniğinin en mantıksız tahminlerinden birini, kuantum dolaşıklığı olarak bilinen fenomeni incelemek için de kullanılır .

Şekil 11. VLA interferometresi

Bir astronomik interferometre, açıklık sentezi tekniğini kullanarak yüksek çözünürlüklü gözlemler elde eder , tek bir çok pahalı monolitik teleskop yerine nispeten küçük teleskoplardan oluşan bir kümeden gelen sinyalleri karıştırır.

Erken radyo teleskop interferometreleri, ölçüm için tek bir taban çizgisi kullandı. Şekil 11'de gösterilen Çok Büyük Dizi gibi daha sonraki astronomik interferometreler, zeminde bir düzende düzenlenmiş teleskop dizilerini kullandı. Sınırlı sayıda taban çizgisi yetersiz kapsama ile sonuçlanacaktır. Bu, diziyi gökyüzüne göre döndürmek için Dünya'nın dönüşü kullanılarak hafifletildi. Böylece, tek bir taban çizgisi, Dünya-dönüş sentezi adı verilen bir teknik olan, tekrarlanan ölçümler alarak bilgileri birden çok yönde ölçebilir . Binlerce kilometre uzunluğundaki taban çizgileri, çok uzun taban hattı interferometrisi kullanılarak elde edildi .

ALMA , Chajnantor Platosu'nda bulunan bir astronomik interferometredir.

Astronomik optik interferometri , radyo teleskop interferometrisi tarafından paylaşılmayan bir dizi teknik sorunun üstesinden gelmek zorunda kaldı. Işığın kısa dalga boyları, yapının aşırı hassas ve kararlı olmasını gerektirir. Örneğin, 1 miliyay saniyelik uzamsal çözünürlük, 100 m'lik bir taban çizgisinde 0,5 µm kararlılık gerektirir. Optik interferometrik ölçümler, 1990'ların sonlarına kadar mevcut olmayan yüksek hassasiyetli, düşük gürültülü dedektörler gerektirir. Yıldızların parıldamasına neden olan türbülans olan astronomik "görme" , gelen ışıkta hızlı, rastgele faz değişiklikleri ortaya çıkararak kilohertz veri toplama hızlarının türbülans hızından daha hızlı olmasını gerektirir. Bu teknik zorluklara rağmen, şu anda kesirli miliarksaniye aralığına kadar çözünürlükler sunan üç ana tesis çalışıyor . Bu bağlantılı video , MIRC cihazı ile CHARA dizisi tarafından gözlemlendiği gibi, Lyra takımyıldızında yaklaşık 960 ışıkyılı (290 parsek) uzaklıkta bir ikili yıldız sistemi olan Beta Lyrae sisteminin açıklık sentez görüntülerinden birleştirilmiş bir filmi göstermektedir . Daha parlak bileşen, birincil yıldız veya kütle vericidir. Daha sönük bileşen, ikincil yıldızı veya kütle kazancını çevreleyen kalın disktir. İki bileşen 1 mili-yay saniyesi ile ayrılır. Kitle bağışçısının ve kitle kazancının gelgit çarpıklıkları açıkça görülebilir.

Maddenin dalga karakteri interferometreleri inşa etmek kullanılabilir. Madde interferometrelerinin ilk örnekleri elektron interferometreleriydi ve daha sonra nötron interferometreleri izledi . 1990 civarında ilk atom interferometreleri gösterildi, daha sonra molekülleri kullanan interferometreler izledi.

Elektron holografisi , bir nesnenin elektron girişim desenini fotoğrafik olarak kaydeden ve daha sonra orijinal nesnenin büyük ölçüde büyütülmüş bir görüntüsünü elde etmek için yeniden yapılandırılan bir görüntüleme tekniğidir. Bu teknik, elektron mikroskobunda geleneksel görüntüleme teknikleri kullanılarak mümkün olandan daha fazla çözünürlük sağlamak için geliştirilmiştir. Konvansiyonel elektron mikroskobunun çözünürlüğü elektron dalga boyu ile değil, elektron lenslerinin büyük sapmaları ile sınırlıdır.

Nötron interferometrisi, Aharonov-Bohm etkisini araştırmak, temel bir parçacık üzerinde hareket eden yerçekiminin etkilerini incelemek ve Pauli dışlama ilkesinin temelinde bulunan garip bir fermiyon davranışını göstermek için kullanılmıştır : Makroskopik nesnelerin aksine, fermiyonlar herhangi bir eksen etrafında 360° döndürülürler, orijinal durumlarına geri dönmezler, dalga fonksiyonlarında bir eksi işareti geliştirirler. Başka bir deyişle, bir fermiyonun orijinal durumuna dönmeden önce 720° döndürülmesi gerekir.

Atom interferometri teknikleri, genel göreliliğin laboratuvar ölçekli testlerine izin vermek için yeterli kesinliğe ulaşıyor .

Atmosferik fizikte, atmosferin uzaktan sondajı yoluyla eser gazların yüksek hassasiyetli ölçümleri için interferometreler kullanılır. İz gazların absorpsiyon veya emisyon özelliklerini kullanan birkaç interferometre örneği vardır. Tipik bir kullanım, cihazın üzerindeki ozon ve karbon monoksit gibi eser gazların kolon konsantrasyonunun sürekli izlenmesi olacaktır.

Mühendislik ve uygulamalı bilim

Şekil 13. Optik düz girişim saçakları. (sol) düz yüzey, (sağ) kavisli yüzey.
Yansıtıcı bir yüzey üzerinde duran optik bir düzlük tarafından girişim saçakları nasıl oluşturulur? Yüzeyler ve ışık dalgalarının dalga boyu arasındaki boşluk büyük ölçüde abartılmıştır.

Newton (test plakası) interferometrisi, optik endüstrisinde, şekillendirilirken ve şekillendirilirken yüzeylerin kalitesini test etmek için sıklıkla kullanılır. Şekil 13, farklı girişim saçakları modellerini gösteren, farklı tamamlama aşamalarında iki test düzlüğünü kontrol etmek için kullanılan referans düzlüklerinin fotoğraflarını göstermektedir. Referans düzlükleri, alt yüzeyleri test düzlükleri ile temas halinde durmaktadır ve tek renkli bir ışık kaynağı ile aydınlatılmaktadır. Her iki yüzeyden yansıyan ışık dalgaları karışarak parlak ve karanlık bantlardan oluşan bir desen oluşturur. Soldaki fotoğraftaki yüzey, eşit aralıklarla düz paralel girişim saçaklarının bir deseni ile gösterilen, neredeyse düzdür. Sağdaki fotoğraftaki yüzey pürüzlüdür ve bu da kavisli bir saçak desenine neden olur. Her bir bitişik saçak çifti, kullanılan ışığın yarım dalga boyunun yüzey yüksekliğindeki bir farkı temsil eder, bu nedenle yükseklik farkları, saçaklar sayılarak ölçülebilir. Yüzeylerin düzlüğü bu yöntemle bir inçin milyonda birine kadar ölçülebilir. Referans optik düze göre test edilen yüzeyin içbükey mi yoksa dışbükey mi olduğunu belirlemek için birkaç prosedürden herhangi biri kabul edilebilir. Üst daireye hafifçe basıldığında saçakların nasıl yer değiştirdiği gözlemlenebilir. Beyaz ışıkta saçaklar gözlenirse, renklerin sırası deneyime aşina olur ve yorumlamaya yardımcı olur. Son olarak, baş normalden eğik bir görüş pozisyonuna hareket ettirilirken saçakların görünümü karşılaştırılabilir. Bu tür manevralar, optik mağazada yaygın olmakla birlikte, resmi bir test ortamında uygun değildir. Daireler satışa hazır olduğunda, resmi test ve sertifikasyon için genellikle bir Fizeau interferometresine monte edilecektir.

Fabry-Pérot etalonları , ışığın dalga boylarını kontrol etmek ve ölçmek için telekomünikasyon , lazerler ve spektroskopide yaygın olarak kullanılmaktadır . Dikroik filtreler çok katmanlı ince film etalonlardır. Telekomünikasyonda, dalga boyu bölmeli çoğullama , ışığın birden fazla dalga boyunun tek bir optik fiber üzerinden kullanılmasını sağlayan teknoloji, ince film etalonları olan filtreleme cihazlarına bağlıdır. Tek modlu lazerler , ilgilenilen tek hariç tüm optik boşluk modlarını bastırmak için etalonlar kullanır .

Şekil 14. Twyman-Green İnterferometre

1916'da Twyman ve Green tarafından icat edilen Twyman-Green interferometresi, optik bileşenleri test etmek için yaygın olarak kullanılan Michelson interferometresinin bir çeşididir. Onu Michelson konfigürasyonundan ayıran temel özellikler, monokromatik bir nokta ışık kaynağı ve bir kolimatör kullanılmasıdır. Michelson (1918), Twyman-Green konfigürasyonunu büyük optik bileşenlerin test edilmesi için uygun olmadığı için eleştirdi, çünkü o sırada mevcut olan ışık kaynakları sınırlı tutarlılık uzunluğuna sahipti . Michelson, sınırlı tutarlılık uzunluğunun zorladığı geometri üzerindeki kısıtlamaların, test aynasına eşit boyutta bir referans aynasının kullanılmasını gerektirdiğine işaret ederek, Twyman-Green'i birçok amaç için kullanışsız hale getirdi. On yıllar sonra, lazer ışık kaynaklarının ortaya çıkışı Michelson'ın itirazlarına cevap verdi. (Bir lazer ışık kaynağı ve eşit olmayan yol uzunluğu kullanan bir Twyman-Green interferometresi, Laser Unequal Path Interferometer veya LUPI olarak bilinir.) Şekil 14, bir merceği test etmek için kurulmuş bir Twyman-Green interferometresini göstermektedir. Tek renkli bir nokta kaynağından gelen ışık, uzaklaşan bir mercek (gösterilmemiştir) tarafından genişletilir, ardından paralel bir ışına yönlendirilir. Dışbükey bir küresel ayna, eğrilik merkezi, test edilen merceğin odağı ile çakışacak şekilde konumlandırılır. Ortaya çıkan ışın, analiz için bir görüntüleme sistemi tarafından kaydedilir.

Mach-Zehnder interferometreleri, ışığın , göreceli fazlarını değiştirmek için harici olarak modüle edilen bir dalga kılavuzunun iki dalı arasında girişim yaptığı entegre optik devrelerde kullanılmaktadır . Işın ayırıcılardan birinin hafif bir eğimi, yol farklılığına ve girişim deseninde bir değişikliğe neden olacaktır. Mach–Zehnder interferometreleri, RF modülatörlerinden sensörlere ve optik anahtarlara kadar çok çeşitli cihazların temelini oluşturur .

Otuz Metre Teleskop ve Aşırı Büyük Teleskop gibi en son önerilen son derece büyük astronomik teleskoplar , parçalı tasarıma sahip olacaktır. Birincil aynaları yüzlerce altıgen ayna parçasından oluşturulacak. Bu son derece asferik ve dönmeyen simetrik ayna parçalarını cilalamak ve şekillendirmek büyük bir zorluk teşkil ediyor. Geleneksel optik test araçları, bir boş düzeltici yardımıyla bir yüzeyi küresel bir referansla karşılaştırır . Son yıllarda, bilgisayar tarafından oluşturulan hologramlar (CGH'ler), karmaşık asferik yüzeyler için test kurulumlarında boş düzelticileri tamamlamaya başladı. Şekil 15 bunun nasıl yapıldığını göstermektedir. Şekilden farklı olarak, gerçek CGH'ler 1 ila 10 µm arasında satır aralığına sahiptir. Lazer ışığı CGH'den geçirildiğinde, sıfır dereceli kırınımlı ışın hiçbir dalga cephesi modifikasyonu yaşamaz. Bununla birlikte, birinci dereceden kırınımlı kirişin dalga cephesi, test yüzeyinin istenen şekline uyacak şekilde değiştirilir. Resimli Fizeau interferometre test düzeneğinde, sıfır dereceli kırınımlı ışın küresel referans yüzeyine, birinci dereceden kırınımlı ışın, yansıyan iki ışın bir araya gelerek girişim saçakları oluşturacak şekilde test yüzeyine yönlendirilir. Aynı test düzeneği, en dıştaki aynalar için olduğu gibi en içteki aynalar için de kullanılabilir, yalnızca CGH'nin değiştirilmesi gerekir.

Şekil 15. Bir Fizeau interferometresi ve bilgisayar tarafından oluşturulan bir hologram ile optik test

Halka lazer jiroskoplar (RLG'ler) ve fiber optik jiroskoplar (FOG'lar), navigasyon sistemlerinde kullanılan interferometrelerdir. Sagnac etkisi prensibi ile çalışırlar . RLG'ler ve FOG'ler arasındaki fark, bir RLG'de tüm halkanın lazerin bir parçası olması, bir FOG'da ise harici bir lazerin bir optik fiber halkaya karşı yayılan ışınları enjekte etmesi ve sistemin dönmesi daha sonra göreceli bir faz kaymasına neden olmasıdır. bu kirişler arasında. Bir RLG'de gözlemlenen faz kayması, birikmiş dönüşle orantılıyken, bir FOG'da gözlemlenen faz kayması açısal hız ile orantılıdır.

Telekomünikasyon ağlarında, ayrı sinyallerin frekanslarını tek bir fiziksel iletim hattını paylaşabilen farklı kanallara taşımak için heterodinleme kullanılır. Buna frekans bölmeli çoğullama (FDM) denir . Örneğin, bir kablolu televizyon sistemi tarafından kullanılan bir koaksiyel kablo , her birine farklı bir frekans verildiği için aynı anda 500 televizyon kanalını taşıyabilir, böylece birbirleriyle karışmazlar. Sürekli dalga (CW) doppler radar dedektörleri, temel olarak iletilen ve yansıyan ışınları karşılaştıran heterodin algılama cihazlarıdır.

Optik heterodin algılama, atmosfere saçılan çok zayıf ışığı algılayabilen ve rüzgar hızlarını yüksek doğrulukla izleyebilen tutarlı Doppler lidar ölçümleri için kullanılır . Bu uygulamaya sahiptir optik fiber iletişim çeşitli yüksek çözünürlüklü spektroskopik teknikler, ve kendi kendini heterodin yöntemi, bir lazer çizgi genişliğine ölçmek için kullanılabilir.

Şekil 16. Mod kilitli bir lazerin frekans tarağı. Kesikli çizgiler, mod frekanslarının taşıyıcı-zarf ofsetinin (CEO) frekansına doğru bir ekstrapolasyonunu temsil eder. Dikey gri çizgi, bilinmeyen bir optik frekansı temsil eder. Yatay siyah çizgiler, en düşük iki vuruş frekansı ölçümünü gösterir.

Optik heterodin tespiti, optik kaynakların frekanslarının yüksek doğrulukta ölçümlerinde ve ayrıca frekanslarının stabilizasyonunda kullanılan temel bir tekniktir. Nispeten birkaç yıl öncesine kadar, bir sezyumun veya diğer atomik zaman kaynağının mikrodalga frekansını optik frekanslara bağlamak için uzun frekans zincirlerine ihtiyaç vardı . Zincirin her adımda, bir frekans çoğaltıcı heterodin bir sonraki aşamada ile tespiti (bir mikrodalga kaynağı çıkışı, infrared lazer, enfraruj lazer ile karşılaştırılacaktır adımının frekans, bir harmonik üretilmesi için kullanılacak, veya görünür lazer). Tek bir spektral çizginin her ölçümü, özel bir frekans zincirinin yapımında birkaç yıllık çaba gerektirdi. Şu anda, optik frekans tarakları , optik frekansları ölçmek için çok daha basit bir yöntem sağlamıştır. Mod kilitli bir lazer, bir darbe dizisi oluşturmak üzere modüle edilirse, spektrumunun, darbe tekrarlama frekansına eşit bir aralıkla yakın aralıklı optik yan bant frekansları tarağı ile çevrelenen taşıyıcı frekanstan oluştuğu görülür (Şekil 16). Darbe tekrarlama frekansı, frekans standardına kilitlenir ve spektrumun kırmızı ucundaki tarak elemanlarının frekansları, spektrumun mavi ucundaki tarak elemanlarının frekansları ile ikiye katlanır ve heterodinlenir, böylece tarak izin verir. kendi referansı olarak hizmet etmek. Bu şekilde, frekans tarak çıkışının bir atomik standarda kilitlenmesi tek bir adımda gerçekleştirilebilir. Bilinmeyen bir frekansı ölçmek için frekans tarak çıktısı bir spektruma dağıtılır. Bilinmeyen frekans, tarağın uygun spektral segmenti ile örtüşür ve elde edilen heterodin vuruşlarının frekansı ölçülür.

Optik interferometrinin en yaygın endüstriyel uygulamalarından biri, yüzey topografisinin yüksek hassasiyetli incelemesi için çok yönlü bir ölçüm aracıdır. Popüler enterferometrik ölçüm teknikleri Faz da tarayarak olarak bilinen Enterferometrisi (PSI) kaydırılması ve Dikey Tarama Enterferometrisi (VSI) dahil beyaz ışık interferometresi (SWLI) veya ISO terimiyle Tutarlılık Tarama Enterferometrisi (CSI), CSI patlatır tutarlılık aralığını genişletmek için girişim mikroskobu için yetenekler. Bu teknikler, mikro-elektronik ve mikro-optik imalatta yaygın olarak kullanılmaktadır. PSI, tek renkli ışık kullanır ve çok hassas ölçümler sağlar; ancak sadece çok pürüzsüz yüzeyler için kullanılabilir. CSI genellikle beyaz ışık ve yüksek sayısal açıklıklar kullanır ve PSI'nın yaptığı gibi saçakların fazına bakmak yerine, maksimum saçak kontrastının en iyi konumunu veya genel saçak deseninin başka bir özelliğini arar. En basit haliyle CSI, PSI'dan daha az hassas ölçümler sağlar ancak pürüzlü yüzeylerde kullanılabilir. Çeşitli şekillerde Gelişmiş VSI (EVSI), yüksek çözünürlüklü SWLI veya Frekans Etki Alanı Analizi (FDA) olarak bilinen bazı CSI yapılandırmaları, kesinliği artırmak için girişim aşamasıyla birlikte tutarlılık efektlerini kullanır.

Şekil 17. Faz kaydırma ve Tutarlılık tarama interferometreleri

Faz Kaydırmalı İnterferometri, statik interferogramların klasik analizi ile ilgili çeşitli konuları ele alır. Klasik olarak, saçak merkezlerinin konumları ölçülür. Şekil 13'te görüldüğü gibi, düzlükten ve eşit aralıktan saçak sapmaları, sapmanın bir ölçüsünü sağlar. Kenar merkezlerinin konumunu belirlemedeki hatalar, klasik analizin kesinliği için doğal sınırı sağlar ve interferogram boyunca herhangi bir yoğunluk değişimi de hataya neden olacaktır. Kesinlik ve veri noktası sayısı arasında bir denge vardır: yakın aralıklı kenarlıklar düşük hassasiyetli birçok veri noktası sağlarken geniş aralıklı kenarlıklar düşük sayıda yüksek hassasiyetli veri noktası sağlar. Klasik analizde kullanılan tek şey kenar merkez verileri olduğundan, bir interferogramdaki yoğunluk değişimlerinin ayrıntılı analiziyle teorik olarak elde edilebilecek diğer tüm bilgiler atılır. Son olarak, statik interferogramlarla, dalga cephesinin polaritesini belirlemek için ek bilgilere ihtiyaç vardır: Şekil 13'te, sağdaki test edilen yüzeyin düzlükten saptığı görülebilir, ancak bu tek görüntüden düzlükten bu sapmanın olup olmadığı anlaşılamaz. içbükey veya dışbükeydir. Geleneksel olarak, bu bilgi, örneğin referans yüzeyi itildiğinde saçakların hareket yönünün gözlemlenmesi gibi, otomatik olmayan araçlar kullanılarak elde edilecektir.

Faz kaydırmalı interferometri, kenar merkezlerini bulmaya değil, CCD görüntü sensörünün her noktasından yoğunluk verilerini toplayarak bu sınırlamaların üstesinden gelir . Şekil 17'de görüldüğü gibi, çoklu interferogramlar (en az üç), bir piezoelektrik dönüştürücü (PZT) kullanılarak her pozlama arasında bir dalga boyunun kesin bir fraksiyonu ile kaydırılan referans optik yüzey ile analiz edilir . Alternatif olarak, lazer frekansı modüle edilerek hassas faz kaymaları sağlanabilir. Yakalanan görüntüler, optik dalga cephesi hatalarını hesaplamak için bir bilgisayar tarafından işlenir. PSI'nin kesinliği ve tekrarlanabilirliği, statik interferogram analizinde mümkün olandan çok daha fazladır, dalga boyunun yüzde biri kadar ölçüm tekrarlanabilirliği rutindir. Faz kaydırma teknolojisi, Twyman-Green, Mach-Zehnder, lazer Fizeau gibi çeşitli interferometre türlerine ve hatta nokta kırınım ve yanal kesme interferometreleri gibi yaygın yol konfigürasyonlarına uyarlanmıştır. Daha genel olarak, faz kaydırma teknikleri, holografik ve benek interferometrisi gibi ölçüm için saçak kullanan hemen hemen her sisteme uyarlanabilir.

Şekil 18. Tarama Beyaz Işık İnterferometrisi (SWLI) ile görüntülenen Nepenthes khasiana'nın Lunat hücreleri
Şekil 19. Beyaz ışık tarayıcı olarak ayarlanmış Twyman–Green interferometresi

Gelen tutarlılık tarama interferometriye interferometre yol uzunluğu gecikmeler ışık kaynağının tutarlılık süre içinde eşleştirildiği zaman, parazit sadece elde edilir. CSI, saçakların fazından ziyade kenar kontrastını izler. Şekil 17, hedefte bir Mirau interferometresi kullanan bir CSI mikroskobunu göstermektedir ; beyaz ışıkla kullanılan diğer interferometre biçimleri arasında Michelson interferometresi (bir Mirau objektifindeki referans aynanın açıklığı çok fazla kesintiye uğratacağı düşük büyütme hedefleri için) ve Linnik interferometresi (sınırlı çalışma mesafesine sahip yüksek büyütme hedefleri için) bulunur. Numune (veya alternatif olarak, hedef), numunenin tam yükseklik aralığı boyunca dikey olarak hareket ettirilir ve her piksel için maksimum kenar kontrastının konumu bulunur. Tutarlılık tarama interferometrisinin başlıca faydası, tutarlı interferometrinin 2 pi belirsizliğinden etkilenmeyen sistemlerin tasarlanabilmesidir ve 180μm x 140μm x 10μm hacmi tarayan Şekil 18'de görüldüğü gibi, profil oluşturmaya çok uygundur. basamaklar ve pürüzlü yüzeyler. Sistemin eksenel çözünürlüğü, kısmen ışık kaynağının tutarlılık uzunluğu ile belirlenir. Endüstriyel uygulamalar arasında proses içi yüzey metrolojisi , pürüzlülük ölçümü, ulaşılması zor alanlarda ve zorlu ortamlarda 3B yüzey metrolojisi, yüksek en boy oranı özelliklerine sahip yüzeylerin profilometrisi (oluklar, kanallar, delikler) ve film kalınlığı ölçümü (yarı iletken ve optik endüstrileri, vb.).

Şekil 19 , makroskopik bir nesnenin beyaz ışık taraması için kurulmuş bir Twyman-Green interferometresini göstermektedir .

Holografik interferometri , tek dalga boyu uygulamalarında küçük deformasyonları izlemek için holografiyi kullanan bir tekniktir . Çok dalga boylu uygulamalarda, büyük parçaların ve montajların boyutsal metrolojisini gerçekleştirmek ve daha büyük yüzey kusurlarını tespit etmek için kullanılır.

Holografik interferometri, hologramların yapımı sırasında yapılan hatalar sonucunda tesadüfen keşfedildi. İlk lazerler nispeten zayıftı ve fotoğraf plakaları duyarsızdı ve optik sistemde titreşimlerin veya dakika kaymalarının meydana gelebileceği uzun pozlamalar gerektiriyordu. Saçaklarla kaplı holografik konuyu gösteren ortaya çıkan hologramlar harap olarak kabul edildi.

Sonunda, 60'ların ortalarında birkaç bağımsız deneyci grubu, saçakların öznede meydana gelen boyutsal değişiklikler hakkında önemli bilgileri kodladığını fark etti ve kasıtlı olarak holografik çift pozlar üretmeye başladı. Ana Holografik interferometri makalesi, bu yöntem için patentin verilmesi sırasında ortaya çıkan keşif önceliği konusundaki anlaşmazlıkları kapsar.

Çift ve çoklu pozlama holografisi, holografik interferogramlar oluşturmak için kullanılan üç yöntemden biridir. İlk maruz kalma, nesneyi gerilmemiş bir durumda kaydeder. Aynı fotoğraf plakası üzerinde sonraki pozlamalar, nesne bir miktar strese maruz kalırken yapılır. Kompozit görüntü, stresli ve gerilmemiş durumlar arasındaki farkı gösterir.

Gerçek zamanlı holografi, holografik interferogramlar yaratmanın ikinci bir yöntemidir. Gerilimsiz nesnenin bir holografı oluşturulur. Bu holograf, nesne bir miktar strese maruz kalırken doğrudan orijinal nesnenin üzerine bindirilmiş nesnenin bir hologram görüntüsünü oluşturmak için bir referans ışını ile aydınlatılır. Bu hologram görüntüsünden gelen nesne dalgaları, nesneden gelen yeni dalgalara müdahale edecektir. Bu teknik, şekil değişikliklerinin gerçek zamanlı izlenmesini sağlar.

Üçüncü yöntem, zaman-ortalama holografisi, nesne periyodik bir gerilime veya titreşime maruz kalırken bir holograf oluşturmayı içerir. Bu, titreşim modelinin görsel bir görüntüsünü verir.

İnterferometrik sentetik açıklıklı radar (InSAR), jeodezi ve uzaktan algılamada kullanılan bir radar tekniğidir . Bir coğrafi özelliğin uydu sentetik açıklıklı radar görüntüleri ayrı günlerde alınır ve ayrı günlerde alınan radar görüntüleri arasında meydana gelen değişiklikler, holografik interferometride elde edilenlere benzer saçaklar olarak kaydedilir. Teknik, depremler, volkanlar ve heyelanlardan kaynaklanan santimetre ila milimetre ölçeğindeki deformasyonu izleyebilir ve ayrıca yapı mühendisliğinde, özellikle de çökme ve yapısal stabilitenin izlenmesi için kullanımları vardır. Şekil 20, Hawaii'de aktif bir yanardağ olan Kilauea'yı göstermektedir. 13 Nisan 1994 ve 4 Ekim 1994'te uzay mekiği Endeavour'un X-bandı Sentetik Açıklıklı Radarı kullanılarak elde edilen veriler, Kilauea'nın X-SAR görüntüsü üzerine yerleştirilmiş interferometrik saçaklar oluşturmak için kullanıldı.

TV holografisi olarak da bilinen elektronik benek deseni interferometrisi (ESPI), kayıtlar arasında nesnenin yer değiştirmesini temsil eden bir saçak deseninin üzerine bindirildiği nesnenin bir görüntüsünü üretmek için video algılama ve kayıt kullanır. (bkz. Şekil 21) Kenarlar, holografik interferometride elde edilenlere benzer.

Lazerler ilk icat edildiğinde, lazer beneği , üretilen grenli görüntü nedeniyle, özellikle holografik görüntülemede, nesneleri aydınlatmak için lazerlerin kullanılmasında ciddi bir dezavantaj olarak kabul edildi. Daha sonra benek desenlerinin nesnenin yüzey deformasyonları hakkında bilgi taşıyabileceği anlaşıldı. Butters ve Leendertz, 1970 yılında benek deseni interferometrisi tekniğini geliştirdi ve o zamandan beri, benek, çeşitli başka uygulamalarda kullanıldı. Deformasyondan önce benek deseninden bir fotoğraf yapılır ve deformasyondan sonra benek deseninden ikinci bir fotoğraf yapılır. İki görüntünün dijital olarak çıkarılması, saçakların eşit deformasyon çizgilerini temsil ettiği bir korelasyon saçak deseni ile sonuçlanır. Çok hızlı geçici olayları yakalamak için nanosaniye aralığındaki kısa lazer darbeleri kullanılabilir. Bir faz sorun vardır: diğer bilgilerin yokluğunda, tek bir pik gösterir kontur çizgileri arasındaki farkı değil karşı bir oluk gösteren hat çizgileri. Faz belirsizliği sorununu çözmek için ESPI, faz kaydırma yöntemleriyle birleştirilebilir.

Yrjö Väisälä tarafından icat edilen kesin jeodezik taban çizgileri oluşturma yöntemi , beyaz ışığın düşük tutarlılık uzunluğundan yararlandı. Başlangıçta beyaz ışık, referans ışını "katlanmış" olarak ikiye bölündü ve tam olarak 1 m aralıklı bir ayna çifti arasında altı kez ileri geri sıçradı. Yalnızca test yolu, referans yolunun tam olarak 6 katı olsaydı, saçaklar görülebilirdi. Bu prosedürün tekrarlanan uygulamaları, 864 metreye kadar olan mesafelerin hassas bir şekilde ölçülmesine izin verdi. Bu şekilde oluşturulan temel hatlar, jeodezik mesafe ölçüm ekipmanını kalibre etmek için kullanıldı ve bu enstrümanlar tarafından ölçülen jeodezik ağlar için metrolojik olarak izlenebilir bir ölçeğe yol açtı . (Bu yöntemin yerini GPS almıştır.)

İnterferometrelerin diğer kullanımları, malzemelerin dağılımını, karmaşık kırılma indekslerinin ölçülmesini ve termal özellikleri incelemek olmuştur. Ayrıca yapıların titreşimsel modellerinin haritalanması da dahil olmak üzere üç boyutlu hareket haritalama için kullanılırlar.

Biyoloji ve tıp

Biyoloji ve tıpta uygulanan optik interferometri, biyomoleküllerin, hücre altı bileşenlerinin, hücrelerin ve dokuların ölçümü için hassas metroloji yetenekleri sağlar. Birçok etiketsiz biyosensör formu interferometriye dayanır, çünkü elektromanyetik alanların yerel moleküler polarize edilebilirlik ile doğrudan etkileşimi, floresan etiketlere veya nanoparçacık işaretçilerine olan ihtiyacı ortadan kaldırır. Daha büyük bir ölçekte, hücresel interferometri, faz kontrast mikroskobu ile aynı yönleri paylaşır, ancak kırılma ve kırınım yoluyla hücresel bileşenler arasındaki optik enterferansa dayanan çok daha büyük bir faza duyarlı optik konfigürasyon sınıfını içerir. Doku ölçeğinde, mikro sapmalar ve doku yapısının heterojenliği yoluyla kısmen uyumlu ileri saçılmış ışık yayılımı, ince yapısal ve dinamik özellikleri görüntülemek için faza duyarlı geçitleme (optik tutarlılık tomografisi) ve faza duyarlı dalgalanma spektroskopisi kullanma fırsatları sağlar. .

Ekim B-Tarama Kurulumu-tr.svg
Şekil 22. Tek noktalı OCT'nin tipik optik kurulumu
      Santral seröz retinopati.jpg
Şekil 23. Optik koherens tomografi kullanılarak görüntülenen santral seröz retinopati

Optik koherens tomografi (OCT), iç doku mikro yapılarının tomografik görüntülenmesini sağlamak için düşük tutarlılık interferometri kullanan bir tıbbi görüntüleme tekniğidir. Şekil 22'de görüldüğü gibi, tipik bir OCT sisteminin çekirdeği bir Michelson interferometresidir. Bir interferometre kolu doku örneğine odaklanır ve numuneyi XY boylamsal raster modelinde tarar. Diğer interferometre kolu, bir referans aynasından sektirilir. Doku örneğinden yansıyan ışık, referanstan yansıyan ışıkla birleştirilir. Işık kaynağının düşük tutarlılığı nedeniyle, interferometrik sinyal sadece sınırlı bir numune derinliği üzerinde gözlemlenir. Bu nedenle XY taraması, bir seferde numunenin ince bir optik dilimini kaydeder. Birden fazla tarama gerçekleştirerek, referans aynayı her tarama arasında hareket ettirerek, dokunun üç boyutlu görüntüsünün tamamı yeniden oluşturulabilir. Son gelişmeler, tutarlı interferometrinin nanometre faz alımını düşük tutarlılık interferometrinin değişen kabiliyeti ile birleştirmeye çalışmıştır.

Faz kontrastı ve diferansiyel girişim kontrastı (DIC) mikroskopisi, biyoloji ve tıpta önemli araçlardır. Çoğu hayvan hücresi ve tek hücreli organizma çok az renge sahiptir ve hücre içi organelleri basit parlak alan aydınlatması altında neredeyse tamamen görünmezdir . Bu yapılar örneklerin boyanmasıyla görünür hale getirilebilir , ancak boyama prosedürleri zaman alıcıdır ve hücreleri öldürür. Şekillerde görüldüğü gibi. 24 ve 25, faz kontrastı ve DIC mikroskopları, boyanmamış, canlı hücrelerin incelenmesine izin verir. DIC'nin biyolojik olmayan uygulamaları da vardır, örneğin düzlemsel silikon yarı iletken işlemenin analizinde .

Açı çözümlü düşük tutarlı interferometri (a/LCI), hücre çekirdekleri de dahil olmak üzere hücre altı nesnelerin boyutlarını ölçmek için saçılan ışık kullanır . Bu, interferometri derinlik ölçümlerinin yoğunluk ölçümleriyle birleştirilmesine izin verir. Doku sağlığının durumu ile hücre altı nesnelerin ölçümleri arasında çeşitli korelasyonlar bulunmuştur. Örneğin, doku normalden kanserli hale geldikçe ortalama hücre çekirdeği boyutunun arttığı bulunmuştur.

Faz kontrastlı X-ışını görüntüleme (Şekil 26), yumuşak dokuları görüntülemek için uyumlu bir x-ışını ışınının faz bilgisini kullanan çeşitli teknikleri ifade eder. (Temel bir tartışma için, bkz. Faz kontrastlı röntgen görüntüleme (giriş) . Daha ayrıntılı bir inceleme için, bkz. Faz kontrastlı X-ışını görüntüleme .) çok çeşitli biyolojik ve tıbbi çalışmalar. X-ışını faz kontrastlı görüntüleme için kullanılan ve tümü bir nesneden çıkan x-ışınlarındaki faz değişimlerini yoğunluk değişimlerine dönüştürmek için farklı prensipler kullanan çeşitli teknolojiler vardır. Bunlar, yayılmaya dayalı faz kontrastı, Talbot interferometrisi, Moiré tabanlı uzak alan interferometrisi, kırılma ile geliştirilmiş görüntüleme ve x-ışını interferometrisini içerir. Bu yöntemler, normal absorpsiyon kontrastlı röntgen görüntülemeye kıyasla daha yüksek kontrast sağlayarak daha küçük detayların görülmesini mümkün kılar. Bu yöntemlerin bir dezavantajı, senkrotron veya mikro odaklı x-ışını kaynakları, x-ışını optiği veya yüksek çözünürlüklü x-ışını dedektörleri gibi daha karmaşık ekipman gerektirmesidir .

Ayrıca bakınız

Referanslar