N슬릿 간섭계

N-slit interferometer

N-슬릿 간섭계는 Young의 이중 슬릿 간섭계라고도 알려진 이중 슬릿 간섭계의 연장선입니다.광학에서 N-슬릿 배열의 최초 사용법 중 하나는 [1]뉴턴에 의해 설명되었습니다.20세기 초에 Michelson은[2] N-슬릿 회절의 다양한 경우를 묘사했다.

파인만은[3] 디락의 [4]표기법을 사용하여 전자의 두 슬릿 양자 간섭을 탐색한 사고 실험을 설명했다.이 접근방식은 1989년 [5]Duarte와 동료들에 의해 N-슬릿 간섭계로 확장되었다. 좁은 선폭의 레이저 조명, 즉 구별 불가능한 광자에 의한 빛을 사용했다.N-슬릿 간섭계의 첫 번째 적용은 복잡한 간섭 [5][6]패턴의 생성과 측정이었다.이러한 간섭도는 짝수(N = 2, 4, 6, ...) 또는 홀수(N = 3, 5, 7, ...)의 [6]슬릿 수에 대해 N-슬릿 간섭 방정식에 의해 정확하게 재현되거나 예측됩니다.

N슬릿 레이저 간섭계

N-슬릿 간섭계의 탑뷰 도식: TBE는 텔레스코픽 빔 익스팬더, MPBE는 멀티 프리즘 빔 익스팬더입니다.N-슬릿 배열은 j(슬릿이 빔 확장에 수직)에 있고 간섭 평면은 디지털 검출기가 [6][7][8][9]위치한 x에 있습니다.내부 간섭 거리 D는 527m에 달하는 것으로 보고되었다.주의: N슬릿 간섭계에는 3슬릿 간섭계(또는 3슬릿 간섭계), 4슬릿 간섭계 [7][8]등이 있습니다.

Duarte에 [5][6][10]의해 도입된 N슬릿 레이저 간섭계는 프리즘 빔 확장을 사용하여 전송 격자(N슬릿 어레이)를 조명하고 간섭 평면에서 광전 검출기 어레이(CCD 또는 CMOS 등)를 조명하여 간섭 [6][10][11]신호를 등록합니다.N-슬릿 어레이를 비추는 확장 레이저 빔은 단일 가로 모드이며 좁은 선폭입니다.이 빔은 또한 프리즘 익스팬더 이전에 볼록렌즈를 도입함으로써 전파면에서 극도로 길어지고 직교면에서 [6][10]매우 얇은 빔의 형태를 취할 수 있다.이러한 1차원(또는 선) 조명을 사용하면 현미경 검사 및 마이크로 농도 [6][10]측정에서 포인트 바이 포인트 스캔이 필요하지 않습니다.따라서 이러한 기기는 직선 N-슬릿 간섭계 또는 간섭 현미경으로 사용할 수 있습니다.

이 간섭계 구성의 공개로 N-슬릿 [5][11]간섭계에 디지털 검출기 사용이 도입되었다.

적용들

안전한 광통신

N = 우측 외측 날개에 중첩된 회절 패턴의 3슬릿에 대한 간섭도.이 특정 간섭도는 간섭 문자 "b"[9]에 해당합니다.
N = 3 slits에 해당하는 위의 간섭도 위의 회절 패턴은 직경 약 25 [9]μm의 단일 거미줄 섬유를 사용하여 생성되었다.

이 간섭계는 원래 [6]영상촬영에 응용하기 위해 도입된 것으로 광학계량학에서도 유용하며 우주선 사이의 자유 [7][12]공간에서의 안전한 광학 통신을 위해 제안되었습니다.이는 전파하는 N슬릿 간섭도가 빔 [7]분할과 같은 거시적 광학 방식을 사용한 가로채기 시도로 인해 치명적인 붕괴를 겪기 때문입니다.최근 실험 개발에는 35m와[8] 527m의 [9]지상 간섭 경로 길이가 포함된다.

이 크고 매우 큰 N-슬릿 간섭계는 간섭 신호 전파에 대한 현미경 교란을 포함한 다양한 전파 효과를 연구하기 위해 사용됩니다.이 연구는 전파 [9]간섭도에 중첩된 회절 패턴을 최초로 관찰했다.

이러한 회절 패턴(첫 번째 사진에 나타난 것과 같이)은 거미줄 섬유(또는 거미줄 실)를 간섭도의 전파 경로에 삽입함으로써 생성됩니다.거미줄 파이버의 위치는 전파면에 [9]수직입니다.

맑은 공기 난기류

큰 간섭 거리를 사용하는 N-슬릿 간섭계는 맑은 공기 [8][9]난류의 검출기입니다.간섭계 신호에 대한 맑은 공기 난류에 의해 유발되는 왜곡은 거시적 광학 [13]소자를 사용한 광신호의 가로채기 시도에서 기인하는 재앙적 붕괴와 특성 및 크기 모두에서 다르다.

확장빔 간섭 현미경법

N-슬릿 레이저 간섭계의 원래 용도는 간섭 [6][10][14]이미징이었다.특히 단면폭 25~50mm, 높이 10~25μm의 1차원 확장 레이저 빔을 사용하여 이미징 표면(예를 들어 은-할라이드 필름)을 조명하여 조명 표면의 현미경 밀도를 측정하였다.따라서 간섭계 마이크로 농도계라는 [10]용어는 다음과 같습니다.간섭계 [6]계산을 사용하여 나노 단위까지 분해능을 제공할 수 있습니다.마이크로덴시토미터로 사용되는 경우 [14]N-슬릿 간섭계는 레이저 마이크로덴시토미터라고도 합니다.

다중 프리즘 확장 레이저 빔은 매우 긴 레이저 빔으로도 설명됩니다.빔의 가늘고 긴 치수(25-50mm)는 전파면에 있고 빔의 매우 얇은 치수(μm 상태)는 직교면에 있습니다.이는 1993년 [6][10]영상 및 현미경 검사 애플리케이션에 대해 입증되었습니다.이러한 유형의 극도로 긴 조명에 대한 대체 설명으로는 라인 조명, 선형 조명, 얇은 라이트 시트 조명(라이트 시트 현미경 검사에서) 및 평면 조명(선택적인 평면 조명 현미경 검사에서)이 있습니다.

기타 응용 프로그램

N-슬릿 간섭계는 원자 광학,[15] 푸리에 이미징,[16] 광학 컴퓨팅,[17] 양자 [18]컴퓨팅에 종사하는 연구자들에게 흥미롭다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ I. 뉴턴, 옵틱스(로열 소사이어티, 런던, 1704)
  2. ^ A. A. Michelson, 광학 연구(시카고 대학, 시카고, 1927).
  3. ^ R. P. 파인만, R. B. 레이튼, M. Sands, 파인만 물리학 강의, Vol.III(Addison Wesley, Reading, 1965).
  4. ^ P. A. M. Dirac, 양자역학의 원리, 제4판 (옥스포드, 런던, 1978년)
  5. ^ a b c d F. J. Duarte와 D. J. Paine는 레이저 국제회의 '88, R. C. Sze 및 F. J. Duarte (Eds) (STS, Mclean, 1989 Pa)'에서 N-슬릿 간섭 현상에 대한 양자역학적 기술이다.
  6. ^ a b c d e f g h i j k 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.
  7. ^ a b c d 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.
  8. ^ a b c d 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. doi:10.1088/2040-8978/12/1/015705. ISSN 2040-8978.
  9. ^ a b c d e f g 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.
  10. ^ a b c d e f g F. J. Duarte, 전기 광학 간섭 마이크로 농도계 시스템, 미국 특허 5255069(1993) 웨이백 머신에 2017-10-13 보관.
  11. ^ a b F. J. Duarte, 고출력 염료 레이저 (스프링거-벨라그, 베를린, 1991년)제2장
  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, 조정 가능한 레이저 애플리케이션, 제2판 (CRC, New York, 2009) 12장에서의 간섭 이미징.
  14. ^ a b F. J. Duarte, 조정 가능한 레이저 애플리케이션(Marcel-Dekker, New York, 1995)의 간섭계 영상.
  15. ^ L-B. 덩 원자 광학 이론:파인만 경로 통합 접근법, 프런티어 물리. 중국 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, 제2판(CRC, New York, 2015) 10장
  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. S2CID 34750766.