تداخل‌سنج ان-شکاف

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

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[ویرایش]

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[ویرایش]

مخابرات نوری امن[ویرایش]

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[ویرایش]

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[ویرایش]

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[ویرایش]

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[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  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. ۵٫۰ ۵٫۱ ۵٫۲ ۵٫۳ 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. ۶٫۰ ۶٫۱ ۶٫۲ ۶٫۳ ۶٫۴ ۶٫۵ ۶٫۶ ۶٫۷ ۶٫۸ 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 شده‌است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.). خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «OC1993» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده‌است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.). خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «OC1993» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده‌است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.). خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «OC1993» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده‌است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
  7. ۷٫۰ ۷٫۱ ۷٫۲ ۷٫۳ 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 شده‌است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
  8. ۸٫۰ ۸٫۱ ۸٫۲ ۸٫۳ 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 شده‌است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.). خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «JOPT2010» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده‌است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
  9. ۹٫۰ ۹٫۱ ۹٫۲ ۹٫۳ ۹٫۴ 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 شده‌است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.). خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «JOPT2011» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده‌است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.). خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «JOPT2011» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده‌است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.). خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «JOPT2011» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده‌است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
  10. ۱۰٫۰ ۱۰٫۱ ۱۰٫۲ ۱۰٫۳ ۱۰٫۴ F. J. Duarte, Electro-optical interferometric microdensitometer system, US Patent 5255069 (1993) بایگانی‌شده در ۲۰۱۷-۱۰-۱۳ توسط Wayback Machine.
  11. ۱۱٫۰ ۱۱٫۱ 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.