die hanze schreef: Ik neem even een dat je gewoon het principe van een michelson interferometer wil begrijpen zoals die vandaag in enorm veel vakgebieden gebruikt wordt.
Ik stel voor dat we het historische experiment even achterwegen laten. Als lichtbron gebruiken we dus een laser. Ik heb gezien in je animaties dat je telkens een coherente maar isotrope puntbron als licht bron tekent. Een laser is inderdaad coherent maar is zeker geen puntbron. Hoe een laser precies werkt is zeer interessant, maar ik laat de precieze werking even achterwege. Om goed coherent en monochromaan licht uit een laser te krijgen gebruik je een "resonance cavity" (holte). Deze cavity wordt geconstrueerd met lenzen en spiegels en selecteert via een interferentie patronen een bepaalde golflengte die versterkt wordt en heel coherent de laser verlaat in min of meer vlakke golven. De laser als licht bron lijkt dus optische op een coherente puntbron die wel kilometers ver staat. Uiteraard is er een zekere dispersie in de golven die een laser uitstraalt, na een tijdje wordt de bundel breder en breder. Als dit effect te groot is, zoals vaak het geval in heel precieze experiment kan men hiervoor corrigeren met lenzen. Door afwisselend convergente en divergente lenzen te gebruiken, kan men de bundel heel goed vlak en parallel houden. Wat je allemaal zegt over temperatuurs veranderingen en trillingen die de hele opstelling zouden verpesten is inderdaad allemaal waar. Een goede michelson interferometer is extreem gevoelig en is niet gewoon 3 spiegeltjes en een laser. Om te beginnen, gebruiken ze een hele zware tafel (kan een ton wegen) die ook nog eens gedempt op de grond staat om vibratie te vermijden via de vleor als iemand voorbij loopt. Een zwaar object van massief ijzer is gewoon moeilijk aan het trillen te krijgen. Dan elk optisch lensje of spiegeltje dat gemonteerd is op de tafel heeft vaak ook een zwaar voetstuk van een kilo. weer om vibratie's op te vangen. De rails waarop alles gemonteerd wordt is gemaakt van zogenaamd "invar" staal. Dit is een speciale legering van ijzer en nikkel dacht ik waarbij de thermische expansie coëfficiënt nul is. Hier is ooit trouwens een nobel prijs voor uitgereikt en de fysische verklaring is zeer complex. In ieder geval al die problemen die je bedenkt zijn echt een probleem, deze opstelling zijn zeer gevoelig en vereist enorm geduld in het afstellen van alle spiegeltjes en lenze enz..... . Maar de gevoeligheid van zo'n interferometer is net wat het zo krachtig maakt. Indien alle parameters onder controle zijn en je een mooi interferentie patroon hebt, kun je bijvoorbeeld één spiegel blootstellen aan een trilling of een materiaal expansie die je wil meten. Ik heb ooit met een kleine michelson interferometer gewerkt en als je hard praatte in de richting van de opstelling dan zag je je stem vibratie het interferentie patroon doen trillen. Kloppen op tafel was ook iets not done. In een van de armen hadden we dan een kleine doorzichtige gas cel waar we gas in konden pompen tot een bepaalde druk. Naarmate de druk steeg, zagen we het interferentie patroon verschuiven.
Dit komt omdat het een gas op een hogere druk een grotere brekingsindex heeft en dus het licht vertraagd waardoor de golflengte korter wordt. Dit konden we heel precies volgen door te tellen hoeveel maxima er voorbij schoven.
Er komt meer
Het is goed dat je je bezig houdt met het expliciet uitrekenen van specifieke voorbeelden, veel beter dan in rond goochelen met termen die je niet begrijpt zoals hier wel vaker gebeurt.
die hanze schreef: Nu al deze praktische aspecten zijn interessant maar leiden af van het echte werkings-principe wat ook de titel is van het topic. Vergeet even de divergentie van de lichtbundel, neem aan dat het in een mooie rechte oneindig dunne lijn heen en weer kaatst tussen de spiegels. Alles mooi coherent en monochroom (perfecte laser). Vergeet trillende en draaiende spiegels en thermische expansie etc.... .
Wat er toe doet is wat de detector nu gaat zien en dat hangt allemaal af van het fase verschil die de lichtbundels oplopen wanneer ze een verschillend traject afleggen( de ene gaat in de horizontale richting en de andere volg het verticale pad). Als het fase verschil een geheel veelvoud is van de golflengte zien we een heel sterk signaal (het licht is heel intens) dit komt doordat de lichtbundels constructief interfereren. Is het fase verschil een geheel veelvoud van een halve golflengte, zien we geen signaal want de golven gaan dan destructief interfereren. Wat we typisch gaan doen is gedurende het experiment tellen hoeveel heldere of donkere spots voorbij onze detector passeren. Door deze te tellen kunnen we het totale faseverschil dat opgelopen wordt gedurende het experiment berekenen en kunnen we daaruit bvb berekenen of één van beide armen langer geworden is door bvb het passeren van een zwaartekrachtgolf.
Ik hoop dat dit je een beetje op het rechte pad helpt want je was jezelf wat aan het verliezen in details geloof ik. (hoewel details belangrijk zijn uiteraard)
Veel dank voor het uitgebreide antwoord. Ik heb, met kleur, een aantal passages geaccentueerd die ik zelf belangrijk vond.
Bij het gedeelte over het corrigeren van de divergentie van de laserbundel meen ik af te kunnen leiden dat deze lenzen zich verderop in het pad van de interferometer bevinden. Zeg maar ergens in de ruimte binnen de armen?
Verder vind ik het belangrijk om te realiseren dat interferometrie werkt door het meten van het faseverschil. (zeg maar het tellen van de golven in de ruimte tussen de spiegels) Dat is niet per sé hetzelfde als een verschil in lichtsnelheid.
