Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ллойдтің айнасы - алғаш рет 1834 жылы Хамфри Ллойдтің Корольдік Ирландия академиясының мәмілелерінде сипатталған оптика эксперименті. Оның бастапқы мақсаты - Томас Янг пен Августин Жан Френель ұсынғаннан тыс, жарықтың толқындық табиғатына қосымша дәлелдер беру болды. Тәжірибеде монохроматикалық жарық көзінің жарығы шыны бетінен кіші бұрышта шағылып, нәтижесінде виртуалды көзден шыққандай көрінеді. Қайта шағылған жарық көзінен келетін тікелей жарыққа кедергі келтіріп, кедергілер шеті пайда болады. Бұл теңіз интерферометріне ұқсас оптикалық толқын.
Lloyd's mirror is an optics experiment that was first described in 1834 by Humphrey Lloyd in the Transactions of the Royal Irish Academy. Its original goal was to provide further evidence for the wave nature of light, beyond those provided by Thomas Young and Augustin Jean Fresnel. In the experiment, light from a monochromatic slit source reflects from a glass surface at a small angle and appears to come from a virtual source as a result. The reflected light interferes with the direct light from the source, forming interference fringes. It is the optical wave analogue to a sea interferometer.
Құрылғы
Ллойдтың айнасы Янгтың экспериментіне сәйкес келетін кедергі үлгілерінен маңызды айырмашылықтары бар екі interference patterns шығару үшін қолданылады. Ллойд айнасының қазіргі заманғы нұсқасында лазерлік сәулелер алдыңғы айнаға палуан бұрышымен соқтығысады, сондықтан жарықтың бір бөлігі экранға тікелей жетеді (суреттегі көк сызықтар). 1), ал жарықтың бір бөлігі айнадан экранға шағылады (қызыл сызықтар). Қайта шағылған жарық тікелей жарыққа кедергі келтіретін виртуалды екінші көзді құрайды. Янгтың эксперименті бойынша жеке ойықтар дифракциялық үлгіге ие, оның үстінде екі ойықтың интерференциялық жиектері орналасқан (сурет 2). Керісінше, Ллойдтың айна эксперименті тесік пайдаланбайды және екі көздің араласуын бір тесік дифракциялық үлгісінің асқынуларысыз көрсетеді. Янгтың эксперименті бойынша, тең жол ұзындығын білдіретін орталық жиек конструктивті кедергіден улам жарық болады. Керісінше, Ллойд айнасында тең жол ұзындығын білдіретін айнаға жақын жиек жарық емес, қараңғы болып келеді. Өйткені айнадан шағылысқан жарық 180° фазалық ауысудан өтеді, сондықтан жол ұзындығы тең болған кезде немесе толқын ұзындығы бүтін санмен айырмаланғанда, бұзылушы кедергіге әкеледі.
Lloyd’s Mirror is used to produce two source interference patterns that have important differences from the interference patterns seen in Young's experiment. In a modern implementation of Lloyd's mirror, a diverging laser beam strikes a front surface mirror at a grazing angle, so that some of the light travels directly to the screen (blue lines in Fig. 1), and some of the light reflects off the mirror to the screen (red lines). The reflected light forms a virtual second source that interferes with the direct light. In Young's experiment, the individual slits display a diffraction pattern on top of which is overlaid interference fringes from the two slits (Fig. 2). In contrast, the Lloyd's mirror experiment does not use slits and displays two source interference without the complications of an overlaid single slit diffraction pattern. In Young's experiment, the central fringe representing equal path length is bright because of constructive interference. In contrast, in Lloyd's mirror, the fringe nearest the mirror representing equal path length is dark rather than bright. This is because the light reflecting off the mirror undergoes a 180° phase shift, and so causes destructive interference when the path lengths are equal or when they differ by an integer number of wavelengths.
Интерференциялық литография
Ллойд айнасының ең көп таралған қолданылуы УФ фотолитографияда және нанопаттерлеуде. Ллойд айнасының қос ойықты интерферометрлерге қарағанда маңызды артықшылықтары бар. Егер қос ойықты интерферометрді қолдана отырып, бір-бірінен жақын арақашықтықтағы кедергілер жиегінің тізбесін жасауды қаласаңыз, ойықтар арасындағы арақашықтықты d ұлғайту керек. Алайда, ойықты арақашықтықты ұлғайту үшін кіретін сәуле екі ойықты да қамтитын етіп кеңейтілуі қажет. Бұл үлкен қуат шығынына әкеледі. Керісінше, Ллойдтың айналысты техникасында d-ны көбейту қуатты жоғалтуға әкелмейді, өйткені екінші "сынық" тек көздің бейнеленген виртуалды бейнесі. Сондықтан Ллойдтың айнасы фотолитография сияқты қолданбалар үшін жеткілікті жарықтықты ұсақ-түйек араласу үлгілерін жасауға мүмкіндік береді. Ллойдтың айна фотолитографиясының типтік қолдануы беткі кодтаушыларды дифракциялық торлар жасауды және медициналық имплантаттардың бетін биофункционалдылықты жақсарту үшін үлгілеуді қамтиды.
The most common application of Lloyd's mirror is in UV photolithography and nanopatterning. Lloyd's mirror has important advantages over double slit interferometers. If one wishes to create a series of closely spaced interference fringes using a double slit interferometer, the spacing d between the slits must be increased. Increasing the slit spacing, however, requires that the input beam be broadened to cover both slits. This results in a large loss of power. In contrast, increasing d in the Lloyd's mirror technique does not result in power loss, since the second "slit" is just the reflected virtual image of the source. Hence, Lloyd's mirror enables the generation of finely detailed interference patterns of sufficient brightness for applications such as photolithography. Typical uses of Lloyd's mirror photolithography would include fabrication of diffraction gratings for surface encoders and patterning the surfaces of medical implants for improved biofunctionality.
Сынақ үлгісін құру
Тұрақты кеңістіктік жиіліктің жоғары көрінетін cos2 модульді жиектері нүктелік немесе ойыс көздің орнына параллельді коллимацияланған монохроматикалық жарықты пайдалана отырып, Ллойдтың айнасы орналасуында пайда болуы мүмкін. Осы орналасу арқылы пайда болған біркелкі жиектерді оптикалық детекторлардың модуляциялық беру функцияларын өлшеу үшін, мысалы, CCD массивтері, олардың өнімділігін кеңістіктік жиіліктің, толқын ұзындығының, интенсивтілігінің және т.б. функциясы ретінде сипаттау үшін пайдалануға болады.
High visibility cos2 modulated fringes of constant spatial frequency can be generated in a Lloyd's mirror arrangement using parallel collimated monochromatic light rather than a point or slit source. The uniform fringes generated by this arrangement can be used to measure the modulation transfer functions of optical detectors such as CCD arrays to characterize their performance as a function of spatial frequency, wavelength, intensity, and so forth.
Оптикалық өлшеу
Ллойд айнасының шығысы компактты, кең ауқымды, жоғары дәлдігі бар Фурье трансформациясы толқын өлшегішін өндіру үшін CCD фотодиодтық массивімен талданады, оны импульсті лазерлердің спектрлік шығысын талдау үшін пайдалануға болады.
The output of a Lloyd's mirror was analyzed with a CCD photodiode array to produce a compact, broad range, high accuracy Fourier transform wavemeter that could be used to analyze the spectral output of pulsed lasers.
Радиоастрономия
1940-шы жылдардың аяғы мен 1950-ші жылдардың басында CSIRO ғалымдары Ллойд айнасына негізделген әдісті Жаңа Зеландия мен Австралияның жағалауындағы әртүрлі галактикалық радио көздерінің орнын дәл өлшеу үшін қолданды. Суретте көрсетілгендей. 3, бұл әдіс теңізге қарап тұрған биік жарлардан тікелей және шағылған сәулелерді біріктіретін көздерді бақылау болды. Атмосфералық сынуды түзегеннен кейін бұл бақылаулар көкжиектен жоғары көздердің жолдарын сызуға және олардың аспан координаталарын анықтауға мүмкіндік берді.
In the late 1940s and early 1950s, CSIRO scientists used a technique based on Lloyd's mirror to make accurate measurements of the position of various galactic radio sources from coastal sites in New Zealand and Australia. As illustrated in Fig. 3, the technique was to observe the sources combining direct and reflected rays from high cliffs overlooking the sea. After correcting for atmospheric refraction, these observations allowed the paths of the sources above the horizon to be plotted and their celestial coordinates to be determined.
Су асты акустикасы
Су бетінен төменгі акустикалық көз тікелей жол мен шағылысқан жолдар арасында конструктивті және деструктивті кедергілерді тудырады. Бұл сонарлық операцияларға үлкен әсерін тигізеді. Ллойд айнасының әсері теңіз жануарлары, мысалы, манат және кит қайықтар мен кемелерге не үшін қайта-қайта соққы бергенін түсіндіруде маңызды рөл атқарады. Ллойд айнасының кедергісі төменгі жиілікті пропеллер дыбыстарын жер бетіне жақын жерде байқауға болмайды, онда көпшілігі апаттар орын алады. Себебі, жер бетінде дыбыс шағылыстары, соққы беретін толқындармен 180 градусқа ауытқып тұрады. Бұл әсерлер және акустикалық көлеңкелер әсері теңіз жануарларының кемеден өтіп жатқан су динамикалық күштерінің әсерінен басып кеткен немесе тұтқындалғанға дейін жақындап келе жатқан кемені ести алмайтындығына әкеледі.
An acoustic source just below the water surface generates constructive and destructive interference between the direct path and reflected paths. This can have a major impact on sonar operations. The Lloyd mirror effect has been implicated as having an important role in explaining why marine animals such as manatees and whales have been repeatedly hit by boats and ships. Interference due to Lloyd's mirror results in low frequency propeller sounds not being discernible near the surface, where most accidents occur. This is because at the surface, sound reflections are nearly 180 degrees out of phase with the incident waves. Combined with spreading and acoustic shadowing effects, the result is that the marine animal is unable to hear an approaching vessel before it has been run over or entrapped by the hydrodynamic forces of the vessel's passage.