Введение
Зеркало Ллойда - это эксперимент по оптике, который был впервые описан в 1834 году Хамфри Ллойдом в Transactions of the Royal Irish Academy. Его первоначальной целью было предоставить дополнительные доказательства волновой природы света, помимо тех, которые были предоставлены Томасом Янг и Августином Жаном Френелем. В эксперименте свет из монохромного источника щели отражается от стеклянной поверхности под небольшим углом и, как следствие, кажется, что он исходит от виртуального источника. Отраженный свет мешает прямому свету от источника, образуя интерференционные полосы. Это оптическая волна, аналогичная морскому интерферометру.
Настройка
Зеркало Ллойда используется для получения двух моделей интерференции источника, которые имеют важные различия от моделей интерференции, наблюдаемых в эксперименте Янга. В современной реализации зеркала Ллойда расходящийся лазерный луч поражает зеркало передней поверхности под углом пастбища, так что часть света направляется непосредственно на экран (синие линии на фиг. 1), а часть света отражается от зеркала на экран (красные линии). Отраженный свет образует виртуальный второй источник, который мешает прямому свету. В эксперименте Янга отдельные щели показывают дифракционный рисунок, на вершине которого накладываются интерференционные полосы из двух щелей (рис. 2). В отличие от этого, в опыте Lloyd's mirror не используются щели и отображается интерференция двух источников без осложнений, связанных с наложенной дифракционной моделью одной щели. В эксперименте Янга центральная полоса, представляющая одинаковую длину пути, ярка из-за конструктивного вмешательства. В отличие от зеркала Ллойда, ближайший к зеркалу край, представляющий одинаковую длину пути, темный, а не яркий. Это связано с тем, что свет, отражающийся от зеркала, претерпевает фазовое смещение на 180 °, и поэтому вызывает разрушительные помехи, когда длины путей равны или когда они отличаются целым числом длин волн.
Интерференционная литография
Наиболее распространенным применением зеркала Ллойда является УФ-фотолитография и наномоделирование. Зеркало Ллойда имеет важные преимущества перед интерферометрами с двойным разрезом. Если желательно создать ряд тесно расположенных интерференционных полос с использованием интерферометра с двойным щелем, необходимо увеличить расстояние d между щелями. Однако увеличение расстояния между щелями требует, чтобы входный луч был расширен, чтобы покрыть оба щеля. Это приводит к большой потере мощности. В отличие от этого, увеличение d в зеркальной технике Ллойда не приводит к потере мощности, поскольку вторая "щель" - это просто отраженное виртуальное изображение источника. Таким образом, зеркало Ллойда позволяет создавать тонко детализированные интерференционные модели с достаточной яркостью для таких приложений, как фотолитография. Типичное использование зеркальной фотолитографии Ллойда включает изготовление дифракционных решеток для поверхностных кодеров и моделирование поверхностей медицинских имплантатов для улучшения биофункциональности.
Создание тестового шаблона
Высокая видимость кос2 модулированных фрингов постоянной пространственной частоты может быть создана в расположении зеркала Ллойда с использованием параллельного коллиматированного монохроматического света, а не точечного или щелевого источника. Одинаковые ребра, генерируемые этим расположением, могут использоваться для измерения функций передачи модуляции оптических детекторов, таких как массивы CCD, для характеристики их производительности в зависимости от пространственной частоты, длины волны, интенсивности и т. д.
Оптическое измерение
Выход зеркала Ллойда был проанализирован с помощью массива фотодиодов CCD для получения компактного волномера с широким диапазоном и высокой точностью преобразования Фурье, который можно было бы использовать для анализа спектрального выхода импульсных лазеров.
Радиоастрономия
В конце 1940-х и начале 1950-х годов ученые CSIRO использовали технику, основанную на зеркале Ллойда, для точных измерений положения различных галактических радиоисточников с прибрежных мест в Новой Зеландии и Австралии. Как показано на фиг. 3, метод заключался в наблюдении за источниками, сочетающими прямые и отраженные лучи с высоких скал, выходящих на море. После корректировки атмосферного преломления эти наблюдения позволили наметить пути источников над горизонтом и определить их небесные координаты.
Подводная акустика
Акустический источник, расположенный чуть ниже поверхности воды, создает конструктивное и деструктивное помехи между прямым и отраженным путями. Это может оказать большое влияние на работу гидролокатора. Эффект зеркала Ллойда играет важную роль в объяснении того, почему морские животные, такие как ламантины и киты, неоднократно подвергались ударам лодок и кораблей. Вмешательство из-за зеркала Ллойда приводит к тому, что низкочастотные звуки винтов не распознаются вблизи поверхности, где происходит большинство аварий. Это потому, что на поверхности звуковые отражения почти на 180 градусов отклоняются от фазы падающих волн. В сочетании с эффектом рассеивания и акустической тени, в результате морское животное не может слышать приближающееся судно, пока оно не будет переедено или пойман в ловушку гидродинамическими силами прохождения судна.