اندازه گیری ضریب انبساط میله با استفاده از تداخل سنج مایکلسون

پرسش:

چگونه با استفاده از تداخل سنج مایکلسون ضریب انبساط یک میله را اندازه گیری کنیم؟

پاسخ:

پاسخ اجمالی:

تداخل سنج مایکلسون به جابجایی آینه حساس است چون اختلاف مسیری که نور در دو بازو طی می‌کند، تغییر می‌کند. اگر میله را از یک طرف ثابت کنیم و در سمت دیگر یکی از آینه‌های تداخل سنج نصب شود، با تغییر دما می‌تواند تغییر طول میله را با شمارش تعداد نوارهای تداخلی اندازه گرفت. دقت این اندازه گیری در حد کسر طول موج نور استفاده شده است.

پاسخ مبسوط‌تر:

تداخل سنج مایکلسون ابزاری برای نمایش پدیده جالب تداخل نور است که می‌تواند ابزار دقیقی برای اندازه‌گیری جابجایی‌های بسیار کم در حدود طول موج و کمتر محسوب شود. این تداخل سنج از دو آینه و یک نیم آینه تشکیل شده است. در آزمایشگاه معمولا با جابجا کردن یکی از آینه‌ها با پیچ میکرومتری، نوارهای تداخلی که حرکت می‌کنند شمرده می‌شوند و هر جابجایی نوار نشان دهنده جابجایی آینه به اندازه یک طول موج است. در صورت در دسترس بودن طول موج نور می‌توان جابجابی را تخمین زد و یا با داشتن میکرومتر و مقدار جابجایی می‌توان طول موج را تخمین زد.

ولی اساس این ارتباط چیست و چطور اتفاق می افتد؟

نور مسیری را تا نیم آینه طی می‌کند. از آنجا دو شاخه می‌شود. در واقع دو جبهه موج تشکیل می‌شود که در دو راستای عمود بر هم منتشر می‌شود. در تداخل سنج مایکلسون این دو جبهه موج تخت به دو آینه می‌رسند و از آن‌ها بازتاب می‌کنند و دوباره در نیم‌آینه به هم می رسند. با عبور یکی و بازتاب دیگری از نیم آینه، این دو جبهه موج بر هم منطبق می‌شوند و در یک مسیر منتشر می‌شوند. اگر دومسیر طی شده برابر باشند، دو جبهه موج هم فاز به هم می‌رسند و طبعا تداخل سازنده می‌کنند. ولی اگر یکی از آینه‌ها جابجا شود به نحوی که دوجبهه موج از هم فاصله بگیرند، بسته به اختلاف فاز آن‌ها تداخل از وضعیت سازنده به مخرب و دوباره به سازنده می‌رسد. از وضعیت تداخل سازنده اول تا تداخل سازنده دوم آینه به اندازه یک طول موج جابجا شده است و همینطور می‌توان ادامه داد. این ادامه تا اختلاف مسیری ادامه می‌یابد و تداخل قابل مشاهده خواهد بود که اختلاف راه در حد همدوسی نور باشد و پس از آن به تدریج نوارهای تداخلی شروع به محو شدن می‌کنند. اگر لیزر با طول همدوسی خوبی بکار رود، می‌توان با خیال راحت تا جابجایی زیاد به اندازه طول همدوسی لیزر ادامه داد. این مقدار تا چند کیلومتر هم برای لیزرهای طراحی شده و دقیق تجربه شده است. نور لامپ‌های گازی همدوسی چند میلیمتر دارند و تداخل و جابجایی کم را می‌توان تجربه کرد و منابع دیگر همدوسی کمتر پیدا می‌کنند تا حدی که نور خورشید شاید حدود دو یا سه طول موج بیشتر همدوسی نداشته باشد و برای مشاهده تداخل با آن نور باید فاصله دو آینه با دقت طول موج حدود هم باشند.