تداخل‌سنج ان-شکاف

تداخل‌سنج اِن-شکاف (به انگلیسی: N-slit interferometer) توسعه‌ای از تداخل‌سنج دوشکاف است که به‌عنوان تداخل‌سنج دوشکافی یانگ نیز شناخته می‌شود. یکی از اولین کاربردهای شناخته شده آرایه‌های اِن-شکاف در اپتیک توسط نیوتن نشان داده شد.[۱] در نیمه اول قرن بیستم، مایکلسون[۲] موارد مختلفی از پراش اِن-شکافی را توصیف کرد.

فاینمن[۳] آزمایش‌های فکری تداخل کوانتومی دوشکافی الکترون‌ها را با استفاده از نماد دیراک توصیف کرد.[۴] این رویکرد توسط دوارته و همکارانش درسال ۱۹۸۹ به تداخل‌سنج‌های اِن-شکاف گسترش یافت،[۵] با استفاده از روشنایی لیزری با پهنای‌خط‌باریک، یعنی روشنایی توسط فوتون‌های تمیزناپذیر (به انگلیسی: indistinguishable). اولین کاربرد تداخل‌سنج اِن-شکاف تولید و اندازه‌گیری الگوهای تداخل پیچیده بود.[۵][۶] این تداخل‌نگارها (به انگلیسی: interferograms) به‌طور دقیق توسط معادله تداخل‌سنجی ان-شکاف برای اعددهایی از شکاف‌ها، زوج (N = ۲، ۴، ۶،...)، یا فرد (N = ۳، ۵، ۷،...)، بازتولید یا پیش‌بینی می‌شوند.[۶]

تداخل‌سنج لیزری ان-شکاف

شماتیک‌های نمای بالا تداخل‌سنج ان-شکاف: TBE یک باریکه گستر (به انگلیسی: beam expander) تلسکوپی است، MPBE یک باریکه گستر پرتو چندمنشوری است. آرایه ان-شکاف در j (با شکاف‌ها عمود بر گسترش باریکه) و صفحه تداخل‌سنجی در x است که آشکارساز دیجیتال در آن قرار دارد.[۶][۷][۸][۹] فاصله درون‌تداخل‌سنجی D به اندازه ۵۲۷ متر گزارش شده‌است. نکته: تداخل‌سنج‌های ان-شکاف شامل تداخل‌سنج‌های سه‌شکاف (یا تداخل‌سنج‌های شکاف‌سه‌تایی)، تداخل‌سنج‌های چهارشکاف و غیره می‌باشند[۷][۸]

تداخل‌سنج لیزری ان-شکاف، معرفی‌شده توسط دوارته،[۵][۶][۱۰] از باریکه گستر منشوری برای روشن‌کردن یک شبکه انتقال یا آرایه ان-شکاف و یک آرایه آشکارساز فوتوالکتریک (مانند سی‌سی‌دی یا سیماس) در صفحه تداخل برای ثبت سیگنال تداخل‌سنجی استفاده می‌کند.[۶][۱۰][۱۱] پرتو لیزر گسترش‌یافته که آرایه ان-شکاف را روشن می‌کند تک‌مُدعرضی و با عرض‌خط‌باریک است. این پرتو همچنین می‌تواند از طریق واردکردن یک عدسی کوژ قبل از گسترنده منشوری، شکل یک باریکه بسیار کشیده در صفحه انتشار و بسیار نازک در صفحه متعامد را به خود بگیرد.[۶][۱۰] این استفاده از روشنایی یک‌بُعدی (یا خطی) نیاز به اسکن نقطه‌به‌نقطه در میکروسکوپ و ریزچگالی‌سنج را از بین می‌برد.[۶][۱۰] بنابراین، این ابزار را می‌توان به عنوان تداخل‌سنج ان-شکاف مستقیم یا به عنوان میکروسکوپ تداخل‌سنجی استفاده کرد.

وابستار (به انگلیسی: disclosure) این پیکربندی تداخل‌سنجی استفاده از آشکارسازهای دیجیتال را در تداخل‌سنجی ان-شکاف معرفی کرد.[۵][۱۱]

کاربردها

مخابرات نوری امن

اتداخل‌نگاشت برای N = ۳ شکاف با الگوی پراش که روی بال بیرونی سمت راست قرارگرفته است. این تداخل‌نگاشت خاص با نویسه تداخل‌سنجی "b" مطابقت دارد.[۹]
الگوی پراش بر روی تداخل‌نگاشت نشان‌داده‌شده در بالا، مربوط به N = ۳ شکاف، با استفاده از یک فیبر ابریشم عنکبوت با قطر حدود ۲۵ میکرومتر ایجاد شد.[۹]

این تداخل‌سنج‌ها، که در ابتدا برای کاربردهای تصویربرداری معرفی شدند،[۶] در اندازه‌شناسی (به انگلیسی: metrology) نوری نیز مفید هستند و برای مخابرات نوری امن در فضای آزاد[۷][۱۲] بین فضاپیماها پیشنهاد شده‌اند. این به‌دلیل این واقعیت است که تداخل‌نگاشت‌های ان-شکاف در حال انتشار، به دلیل تلاش‌های گیرش (به انگلیسی: interception) با استفاده از روش‌های نوری ماکروسکوپی مانند باریکه شکافی (به انگلیسی: beam splitting)، دچار رُمبش فاجعه‌بار می‌شوند.[۷] پیشرفت‌های تجربی اخیر شامل طول مسیرهای درون‌تداخل‌سنجی (به انگلیسی: intra-interferometric) زمینی ۳۵ متر[۸] و ۵۲۷ متر است.[۹]

تلاطم هوای صاف

تداخل‌سنج‌های ان-شکاف، با استفاده از فاصله‌های درون‌تداخل‌سنجی بزرگ، آشکارسازهای تلاطم هوای صاف هستند.[۸][۹] اعوجاج‌های ناشی از تلاطم هوای صاف بر سیگنال تداخل‌سنجی، هم از نظر مشخصه و هم از نظر بزرگی، از رُمبش فاجعه‌بار ناشی از تلاش برای گیرش سیگنال‌های نوری با استفاده از عناصر نوری ماکروسکوپی متفاوت است.[۱۳]

میکروسکوپ تداخل‌سنجی باریکه گستر

کاربرد اصلی تداخل سنج لیزری شکاف N تصویربرداری تداخل‌سنجی بود.[۶][۱۰][۱۴] به‌طور خاص، پرتو لیزر گسترده یک‌بُعدی (با سطح مقطع ۲۵–۵۰ میلی‌متر عرض و ۱۰–۲۵ میکرومتر ارتفاع) برای روشن کردن سطوح تصویربرداری (مانند فیلم‌های نقره هالید) برای اندازه‌گیری چگالی میکروسکوپی سطح روشن‌شده استفاده‌شد.

کاربردهایی دیگر

تداخل‌سنج‌های ان-شکاف برای محققانی که در اپتیک اتمی،[۱۵] تصویربرداری فوریه،[۱۶] رایانش نوری،[۱۷] و رایانش کوانتومی کار می‌کنند، مورد توجه هستند.[۱۸]

جستارهای وابسته

  • باریکه گستر
  • تلاطم هوای صاف
  • پراش از شکاف‌ها
  • آزمایش دو شکاف
  • مخابرات نوری فضای آزاد
  • مخابرات لیزری در فضا
  • ریزبینی
  • ریزچگالی‌سنج
  • معادله تداخل‌سنجی ان-شکاف
  • فهرست مقالات لیزر

منابع

  1. ↑ I. Newton, Opticks (Royal Society, London, 1704).
  2. ↑ A. A. Michelson, Studies in Optics (Chicago University, Chicago, 1927).
  3. ↑ R. P. Feynman, R. B. Leighton, and M. Sands, The Feynman Lectures on Physics, Vol. III (Addison Wesley, Reading, 1965).
  4. ↑ P. A. M. Dirac, The Principles of Quantum Mechanics, 4th Ed. (Oxford, London, 1978).
  5. 1 2 3 4 F. J. Duarte and D. J. Paine, Quantum mechanical description of N-slit interference phenomena, in Proceedings of the International Conference on Lasers '88, R. C. Sze and F. J. Duarte (Eds.) (STS, McLean, Va, 1989) pp. 42–47.
  6. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Duarte, F.J. (1993). "On a generalized interference equation and interferometric measurements". Optics Communications. Elsevier BV. 103 (1–2): 8–14. Bibcode:1993OptCo.103....8D. doi:10.1016/0030-4018(93)90634-h. ISSN 0030-4018. خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «OC1993» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
  7. 1 2 3 4 Duarte, F J (2004-12-11). "Secure interferometric communications in free space: enhanced sensitivity for propagation in the metre range". Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. IOP Publishing. 7 (1): 73–75. doi:10.1088/1464-4258/7/1/011. ISSN 1464-4258. خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «JOA» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
  8. 1 2 3 4 Duarte, F J; Taylor, T S; Clark, A B; Davenport, W E (2009-11-25). "TheN-slit interferometer: an extended configuration". Journal of Optics. IOP Publishing. 12 (1): 015705. Bibcode:2010JOpt...12a5705D. doi:10.1088/2040-8978/12/1/015705. ISSN 2040-8978. خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «JOPT2010» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
  9. 1 2 3 4 5 Duarte, F J; Taylor, T S; Black, A M; Davenport, W E; Varmette, P G (2011-02-03). "N-slit interferometer for secure free-space optical communications: 527 m intra interferometric path length". Journal of Optics. IOP Publishing. 13 (3): 035710. Bibcode:2011JOpt...13c5710D. doi:10.1088/2040-8978/13/3/035710. ISSN 2040-8978. خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «JOPT2011» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
  10. 1 2 3 4 5 F. J. Duarte, Electro-optical interferometric microdensitometer system, US Patent 5255069 (1993) بایگانی‌شده در ۲۰۱۷-۱۰-۱۳ توسط Wayback Machine.
  11. 1 2 F. J. Duarte, in High Power Dye Lasers (Springer-Verlag, Berlin, 1991) Chapter 2.
  12. ↑ Duarte, F.J. (2002). "Secure interferometric communications in free space". Optics Communications. Elsevier BV. 205 (4–6): 313–319. Bibcode:2002OptCo.205..313D. doi:10.1016/s0030-4018(02)01384-6. ISSN 0030-4018.
  13. ↑ F. J. Duarte, Interferometric imaging, in Tunable Laser Applications, 2nd Edition (CRC, New York, 2009) Chapter 12.
  14. ↑ F. J. Duarte, Interferometric imaging, in Tunable Laser Applications (Marcel-Dekker, New York, 1995) Chapter 5.
  15. ↑ L-B. Deng, Theory of atom optics: Feynman path integral approach, Frontiers Phys. China 1, 47-53 (2006).
  16. ↑ Liu, Honglin; Shen, Xia; Zhu, Da-Ming; Han, Shensheng (2007-11-07). "Fourier-transform ghost imaging with pure far-field correlated thermal light". Physical Review A. American Physical Society (APS). 76 (5): 053808. Bibcode:2007PhRvA..76e3808L. doi:10.1103/physreva.76.053808. ISSN 1050-2947.
  17. ↑ F. J. Duarte, Tunable Laser Optics, 2nd Edition (CRC, New York, 2015) Chapter 10.
  18. ↑ Clauser, John F.; Dowling, Jonathan P. (1996-06-01). "Factoring integers with Young's N-slit interferometer". Physical Review A. American Physical Society (APS). 53 (6): 4587–4590. arXiv:0810.4372. Bibcode:1996PhRvA..53.4587C. doi:10.1103/physreva.53.4587. ISSN 1050-2947. PMID 9913434.
This article is issued from ویکی‌پدیا. The text is available under Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 unless otherwise noted. Additional terms may apply for the media files.