Optik cihazların bileşenleri

Bölüm 3
Optik cihazların bileşenleri
I. Optik cihazların genel tasarımları
Optik spektroskopik yöntemler, altı olaya dayanır.
1.Absorbsiyon
2. Floresans,
3. Fosforesans,
4. Saçılma
5. Emisyon,
6. Kemilüminesans
Optik cihazların bileşenleri
1) Kaynak –Radyasyon kaynağı yeterli güce sahip olmalı ve kolayca dedekte
edilebilmelidir. 5. olayda numune kabı ışın kaynağıdır (bir ark ya da alev). 6.
olayda ise numuneden reaksiyon sonucu çıkan enerji ölçülür.
2) Numune kısmı – İhtiyaca göre hücreler, küvetler, katı numune tutucuları vs.
Kullanılır.
3) Dalga boyu seçici -Monokromatörler, prizmalar, filtreler vs.
4) Fotoelektrik transduser (Dedektör) – Radyasyon enerjisini kullanılabilir bir
enerjiye (genellikle elektrik enerjisi) dönüştürür.
5) Sinyal işlemci – Sinyal yükseltme işlemi yapar.
Optik materyaller, kaynaklar ve dedektörlerin seçimi
• Optik cihaz bileşenleri, kaynaklar ve dedektörler kullanışlı oldukları spektral bant
aralığına ve performans karakteristiklerine göre seçilir.
1. RADYASYON KAYNAKLARI
İki çeşittir
A.Sürekli kaynaklar –Yaydığı ışınların şiddeti dalga boyu ile çok az
değişen kaynaklardır.
• Genel olarak UV, görünür bölge, IR ve floresans cihazlarında kullanılır
• Döteryum lambası en genel UV kaynağıdır.
• Tungsten lamba en genel görünür bölge kaynağıdır
• Isıtılınca ışık saçan inert katılar genel IR kaynaklarıdır
• Yüksek basınçta gaz (argon, xenon, civa) ile doldurulmuş lambalar ve
lazerler şiddetli ışın kaynağına ihtiyaç duyulduğunda (floresans)
kullanılır
B. Çizgi Kaynaklar -Çok dar dalga boyu aralığında emisyon yapan
kaynaklardır.
• Atomik absorpsiyon spektroskopisi, atomik ve moleküler floresans
spektroskopisi ve Raman spektroskopisi’nde kullanılır
• Genel olarak EM spektrumun UV ve görünür bölgesinde radyasyon sağlar.
• Çizgi kaynaklarına örnek
1) Hollow (Oyuk) katot lambaları
2) Lazerler - Light amplification by stimulated emission of radiation
(Radyasyonun uyarılmış emisyonu ile ışığın güçlendirilmesi)
LAZER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)
Lazerin Özellikleri:
• Çok dar dalga boyu aralığına sahiptirler ki bu özellik rezülüsyonu
artırır
• Yüksek radyasyon şiddeti sağlarlar
• Işık demeti aynı düzlemde ilerleyen ve aynı dalga boyuna sahip
ışınlardan oluştuğu için girişim ile güç kaybı söz konusu değildir.
Lazerin Kullanım alanları:
• 10-9-10-12 s ömür aralığındaki kinetik olayların incelenmesinde
• Atmosferdeki çok düşük konsantrasyondaki türlerin tayininde
• İzotopik seçici reaksiyonlarla ilgili çalışmalarda
• Raman spektroskopisinde
• Moleküler absorbsiyon spektroskopisinde
• Emisyon spektroskopisinde
• FT-IR spektroskopisinde
önemli bir yere sahiptirler
Lazerin Bileşenleri:
Lazer oluşturan madde (GaAs, organik boya veya Ar gazı) dış
kaynaktan gelen elektrik akımı veya radyasyona maruz
bırakıldığında aynı enerjiye sahip foton seli elde edilir. Aynalarla
paralel fotonlar çoğaltılır. Yarı geçirgen aynayla da paralel ışınlar
ortamdan çıkar.
Lazer olayında dört süreç (proses) mevcuttur:
1.
Pompalama (elektriksel, ışın ya da kim. enerji ile uyarma)
2.
Kendiliğinden emisyon
3.
Uyarılmış emisyon
4.
Absorpsiyon
Atom
Kırmızı küre: atom çekirdeği
Mor küre: elektron
Mavi daireler: orbitaller
Sarı daire: geçerli orbital
1. Pompalama:
Lazerdeki foton yayınlayıcı aktif türün bir elektrik akımı veya şiddetli bir ışın
kaynağına maruz bırakılması sonucu uyarılmasıdır. Uyarma ile uyarılmış
titreşim ve uyarılmış elektronik enerji seviyelerindeki türlerin sayısı artar.
Ancak uyarılmış titreşim enerji seviyelerinin ömrü oldukça kısa olur.
Diğerine göre daha uzun ömürlü olan (1 ms veya daha büyük) uyarılmış
elektronik enerji seviyelerine ise yarı kararlı düzeyler denir.
2. Kendiliğinden Emisyon
Uyarılmış elektronik enerji seviyelerindeki türler, fazla enerjilerini ışıma yaparak
temel hale kendiliğinden durulurlar. Işımanın dalga boyu uyarılmış enerji
seviyesi ile temel hal enerji seviyesi arasındaki fark (Ey-Ex) kadar olur.
Üretilen ışın, türün bir molekülünden diğerine yön ve faz bakımından farklılık
gösterir (Uyumlu olmayan radyasyon).
Kendiliğinden emisyon
3. Uyarılmış Emisyon
Pompalama sistemi sayesinde üretilen fotonlar, aynı enerjili (Ey-Ex)
kendiliğinden emisyon fotonlarıyla çarpıştırılır. Böylece uyarılmış
türler temel hale dönerlerken, çarpan fotonlarla eş enerjili, aynı faz
ve aynı yönde fotonlar yayarlar (Uyumlu radyasyon).
Uyarılmış emisyon
4. Absorpsiyon
İlk pompalamadaki absorpsiyon süreci aynı anda uyarılmış emisyon
fotonlarının absorpsiyonuyla yarış halinde devam eder.
Lazerde ışığın yükseltilmesi için , uyarılmış emisyon ile oluşan foton
sayısının, absorpsiyonda tüketilen foton sayısından büyük olması
gerekir. Bu şart uyarılmış durumda bulunan tanecik sayısının, düşük
enerjili seviyede bulunanlardan daha büyük sayıda olması halinde
sağlanacaktır.
LAZER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)
LAZER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)
Yükseltme (Amplifikasyon)
Lazer ışını elde edilebilmesi için uyarılmış emisyon ile oluşan foton sayısının
absorpsiyon sonucu tüketilen foton sayısından fazla olması gerekir. Bu da
pompalama ile sağlanabilmektedir.
3 ve 4 seviyeli lazerler
Farklı uyarma seviyelerine sahip maddeler kullanarak absorpsiyon
ile emisyonun (lazerin) farklı dalga boylarında olması sağlandığında
uyarma emisyonunun absorpsiyonu engellenerek lazer
güçlendirilebilir (foton sayısı artırılabilir).
•
Katı hal lazerleri:
1.
Aktif lazer ortamının yakut (Al2O3 + % 0.05 Cr(III)) olduğu lazerler. λ=694.3 nm
2.
Nd:YAG Lazerleri: Itriyum, Alüminyum ve lal taşı (garnet) ana kristalinde
Neodimiyum iyonları içerir. λ=1064 nm’de keskin çizgiler verir.
•
Gaz Lazerler
1.
He/Ne nötral atom lazerleri: Çok düşük maliyet ve bakım masrafları, büyük güvenilirlik
ve düşük güç tüketimi sağlar. En önemli çıkış çizgisi: 632.8 nm
2.
Ar+, Kr+ iyon lazerleri: Yeşil (514.5 nm), mavi (488 nm)’de keskin çizgiler verir. Dört
seviyeli düzeneklerdir. Floresans ve Raman spektroskopisinde ışın kaynağı olarak
kullanılırlar.
3.
N2 lazerler: 337.1 nm’de keskin bir çizgi verirler. Bu çizgi birçok molekülün floresans
uyarılmasında ve boya lazerlerin pompalanmasında kullanılır.
4.
CO2 lazerler: 10.6 mm’deki monokromatik IR ışınlarının elde edilmesinde kullanılır.
5.
Ekzimer lazerler: He ve F ile Ar, Kr veya Xe gazlarından birinin karışımını içerir. Bu
iyonlar sadece uyarılmış hallerde kararlı olduğu için ekzimer olarak anılırlar. XeF: 351
nm, KrF: 248 nm, ArF: 193 nm
•
Boyar madde lazerleri:
20-50 nm’lik belli bir aralıkta sürekli ayarlanabilirler. Boyar madde lazerlerindeki
aktif maddeler UV, görünür bölge veya IR bölgesinde floresans yapan organik
bileşiklerin çözeltileridir. Bunlar 4 seviyeli sistemlerdir.
•
Yarıiletken diyot lazerler
Kullanılan yarıiletkenin bandgap (enerji uçurumu) enerjisine uygun saçılan fotonlar
sayesinde pompalama yapılır. Örneğin; GaAs, Eg: 660 nm dalga boylu ışınlar
yayınlar.
2. NUMUNE KISMI
Spektroskopik yönteme göre çeşitli numune tutucular kullanılır.
3. DALGABOYU SEÇİCİLERİ
Spektroskopik analizlerin çoğunda bant adı verilen ve dar, sürekli dalga boyu
gösteren ışınlara ihtiyaç duyulur. Dalga boyu seçicisinden çıkan ışınların tek dalga
boylu frekanslı olması ideal olarak beklenir. Fakat bunu hiçbir dalga boyu seçisi
yerine getirmez genellikle bir bant oluştururlar. Dalga boyu seçiciler iki çeşittir
1.Filtreler;
a) Girişim filtreleri: Spektrumun UV, görünür ve IR bölgesinde kullanılabilirler. Çok dar
ışın bantları optik girişimle elde edilir. Filtreden geçen ışınların dalga boyu (bant aralığı)
dielektrik tabakanın kalınlığına bağlı olarak değişir. Diğer ışınlar cam tabakalar tarafından
absorbe edilir.
Beyaz ışın
Cam tabaka
Yarı geçirgen metal film
Geçirgen yalıtkan
(dielektrik) tabaka
Dar ışın bandı
b) Absorpsiyon filtreleri: Bu filtreler spektrumun görünür bölgesini
absorplarken diğer bölgelerinde değişik bant aralıklarında (dalga
boylarında) geçirgenlik sağlarlar.
2. Monokromatörler.
Bir çok yöntemde ışınların dalga boyunun sürekli
değiştirilmesi (spektral tarama) gerekir.
Monokromatörler spektral taramayı
yapılarında bulunan 5 bileşenle
gerçekleştirirler.
1. Dikdörtgen optik görüntü temin eden giriş sliti
2. Paralel ışın demeti oluşturan toplayıcı mercek
veya ayna
3. Işınları dalga boyu bileşenlerine ayıran prizma
veya optik ağ
4. Giriş slitinin görüntüsünü düzenleyen ve odak
düzlemi adı verilen yüzeye odaklayan bir
odaklama elemanı
5. Odak düzlemi üzerinde bulunan ve istenilen
spektral bantları ayıran çıkış sliti.
4. RADYASYON TRANSDUSERLERİ (DEDEKTÖRLER)
Spektroskopik cihazlarda ilk kullanılan dedektörler insanların
gözlemleri, fotoğraf plakaları ve filmlerdi.
Modern cihazlar ise rasyasyonu, elektrik sinyaline çeviren
dedektörlere sahiptir.
İdeal bir dedektörde bulunması gereken özellikler
a. Yüksek seçicilik
b. Yüksek S/N oranı
c. Çok geniş dalga boyu aralığındaki radyasyona sabit cevap
verebilme
d. Süratli algılama
Radyasyon Transduser Çeşitleri
Genel olarak iki çeşit radyasyon transduseri vardır.
a. Foton dedektörleri EM radyasyonu absorplayan aktif bir
yüzeye sahiptirler
b. Termal dedektörler Radyasyondan kaynaklanan ısıyı ölçerler.
Genellikle IR spektroskopisinde kullanılırlar
A. Foton dedektörleri
• Çeşitli foton dedektörleri mevcuttur
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Vakum fototüpler
Fotoçoğaltıcı tüpler
Fotovoltaik hücreler
Silikon fotodiyotlar
Fotodiyot serileri
Fotoiletkenlik transduserleri
1. Vakum fototüpler
• Saydam bir tüp içinde yarı silindirik
katot ve tel şeklinde anot vardır.
• Katot GaAs gibi foton yayınlayıcı
bir materyalle kaplıdır. Katoda çarpan
fotonlar elektron yayarlar.
• Katot ve anot arasına potansiyel fark uygulanarak, elektronların katottan
anoda doğru akışı sağlanır ve sonuçta fotoakım oluşur
• Fotoakım amplifiye edilip okuyucuya gönderilir
• Ultraviyole radyasyona karşı oldukça duyarlıdırlar
2. Fotoçoğaltıcı tüpler (PMT)
• Vakum fototüplerin prensibi ile çalışır
• Düşük radyasyonu dedekte etmede
çok kullanışlıdırlar
• Dinod (katoda göre 90 V daha
pozitif) adı verilen ve her biri elektron
çoğaltan çoklu (9 adet) elektrot
sistemi vardır
• Her bir dinod foton başına birçok elektron yayınlar
ve son olarak çoğaltılmış elektronlar anoda ulaşır
• Radyasyona ait bir foton 106 - 107 elektron şeklinde
anota ulaşır
3. Fotovoltaik hücreler
• Görünür
bölgedeki
ışınların
saptanmasında
kullanılan
basit
düzeneklerdir. Üzeri Se gibi yarıiletken
bir madde ile kaplanmış düz bir bakır
veya demir elektrot içerir. Se’nin üzeri
ise ince geçirgen gümüş tabakasıyla
kaplıdır.
• Yeterli EM radyasyon yarıiletkene ulaşınca elektronlar ve boşluklar oluşarak
iletkenlik gerçekleşir.
• Elektronlar gümüşe ve boşluklar ise Se’den demire doğru akar. Dış devrede serbest
kalan elektronların oluşturduğu akım EM radyasyonla orantılıdır.
• Maksimum seçiciliği 550 nm’de gösterirler
• Düşük ışın şiddetlerinde devrede oluşan düşük iç direnç nedeniyle
duyarlılıkları iyi değildir.
• Ucuz ve basit bir sistemidir. Rutin analizler ya da taşınabilen cihazlar için
uygundur.
4. Silisyum fotodiyotlar
• Silisyum çip üzerinde ters pn
bağlantısı içerir.
• Ters bağlantı elektron kıtlığı
oluşturur. Bağlantının iletkenliği
~ 0 olur.
• Radyasyon çip üzerine
çarptığında n’de elektron ve
p’de boşluklar oluşup, EM
radyasyon ile orantılı elektrik
akımı meydana gelir.
• Vakum fototüplerden daha hassas
olup, foton çoğaltıcı tüplerden
daha az hassastır. Ölçüm aralığı
190-1100 nm arasıdır.
5. Fotodiyot Serileri
• Fotodiyot serisinde fotoduyarlı elemanların her biri küçük
silisyum fotodiyotlar olup her biri ters yönlenmiş pn
bağlantılardır.
• Fotodiyotların her biri tek bir silisyum
çip üzerindeki büyük bir entegre
devrenin parçalarıdır.
• Bir çip üzerindeki tranduser elemanı
sayısı 64 ile 4096 arası olup en çok
kullanılanı 1024 dür
6. Fotoiletkenlik transduserleri
•
•
•
•
Yakın IR bölgedeki (0.75-3 mm) ışınların taranmasında kullanılan en duyarlı
transduserler bu bölgedeki ışınları absorpladığında direnci düşen yarıiletkenlerdir.
Kristal yapılı yarıiletkenler Pb, Cd, Ga, ve In’un S, Se ve Sb tuzlarından
yapılabilmektedir.
Bu tür yarıiletkenler ışınları absorblayınca değerlik bandı elektronları iletkenlik
bandına geçerek elektrik akımı oluştururlar.
Oda sıcaklığında kullanılabilmesi nedeniyle en fazla kullanılan fotoiletkenlik
transduseri PbS‘dir (0,8-3,0 mm veya 12500-3300 cm-1).
B. Termal Dedektörler
Normal bir foton transduseri IR bölgede fotonların fotoemisyonuna
yetecek enerjide değildir. Bu yüzden özellikle IR
spektroskopisinde termal dedektörler kullanılır.
Termal transduserde ışınlar küçük bir siyah cisim üzerine
düşürülerek absorplanır, bu esnada oluşan sıcaklık artışı ölçülür
(binde bir K düzeyindeki sıcaklıklar ölçülebilir).
• Üç çeşit termal dedektör vardır
1. Termoçiftler
2. Bolometreler
3. Piroelektrik transduserler
1. Termoçiftler -Farklı iki metalin birbirine kaynatılması ile oluşur.
Metaller siyaha boyanır. Bu iki metal arasında oluşan potansiyel,
sıcaklık farkıyla değişim gösterir. İyi tasarlanmış bir termoçift 10-6
K’lik bir sıcaklık farkını ölçebilecek yetenektedir.
∆V
Metal 1
Treferans
Metal 2
Tölçülen
• Cevaplama süreleri düşük olduğu için eski tip IR cihazlarında
kullanılmakta olup, FT-IR cihazlarında kullanılmazlar.
2.Bolometreler-Bir tür direnç termometresi olup, siyaha
boyanmış Pt veya Ni gibi metal şeritlerden veya yarıiletkenlerden
oluşmuştur. Dirençleri sıcaklıkla değişim gösterir. Bolometreler
orta IR bölgesinde diğer IR transduserler gibi yaygın
kullanılmazlar. Germanyum bolometresi 1,5 K’de 5-400 cm-1
(2000-25 mm) aralığındaki ışınlar için ideal bir transduser özelliği
gösterir.
3.Piroelektrik Transduserler –Tek kristal yapılı piroelektrik
malzemelerden oluşan ince tabakalar olup, özel termal ve yalıtkan
(dielektrik, triglisin sülfat, (NH2CH2COOH)3) maddelerdir. Bunlarla
sıcaklığa bağlı bir kapasitör oluşturulur. IR ışınlarla kapasitörün
sıcaklığı değiştiğinde kristal boyunca yük dağılımı değişir ki, bu da
akım olarak ölçülür.
Bir interferometreden alınan zaman-bağımlı sinyaldeki değişimlerin
izlenmesine izin verecek kadar hızlı cevap süreleri gösterdiklerinden
FT-IR cihazlarında yaygın olarak kullanılırlar.
5. SİNYAL İŞLEMCİLER
Sinyal işlemcisi basitçe tanımlanırsa, alınan elektrik sinyalini yükselten özel bir
düzenektir.
Ayrıca sinyali doğru akımdan alternatif akıma (veya tersine) çevirebilir, sinyalin
faz değişimini sağlayabilir ve sinyaldeki istenmeyen bileşenleri uzaklaştırabilir.
OPTİK CİHAZLARIN TİPLERİ
Spektroskop, atomik emisyon çizgilerinin göz ile belirlenmesini sağlayan optik
bir cihazdır.
Fotometri, görünür, UV ve IR bölgelerdeki absorpsiyon, ve görünür ve UV
bölgelerdeki emisyon ve floresans ölçen cihazdır.
Spektrometre, ışın şiddetini dalga boyu veya frekans şeklinde belirleyen aletlere
denir.
Spektrofotometre, tek bir çeşit spektrometredir.
Yukarıda anlatılan cihazlarda ışınların izolasyonunda filtre veya monokromatörler
kullanılmaktadır. Ancak IR, NMR gibi cihazlarda radyasyonun zayıflığını
monokromatör gibi optik elemanların düşürme ihtimaline karşın analitle etkileşen
ışınların aynı anda dedektöre gitmesi gerekmektedir. Bu amaçla söz konusu
cihazlarda Fourier dönüşüm (FT) sağlanarak bu durumun önüne geçilir.
FOURİER DÖNÜŞÜM
Fourier dönüşümlü (transformlu) cihazların geleneksel cihazlara olan
üstünlükleri
1. Daha az optik eleman içerdiğinden ve ışığın geçtiği aralıklar
olmadığından, radyasyon şiddetinde azalma olmaz. Böylece
daha büyük S/N elde edilir.
2. Yüksek dalga boyu seçiciliği ve tekrarlanabilirliğine sahiptirler.
3. Analitle etkileşen tüm ışınlar dedektöre aynı anda ulaşır
(Çözünürlük ve zaman).
FOURİER TRANSFORM
Bir spektrumun kalitesi rezülüsyon elementi (m) veya ayırma
elemanı denilen dalga boyu veya frekans aralığı sayısına bağlıdır.
Rezülüsyon elemanı ne kadar büyükse spektrum o kadar fazla bilgi
ihtiva eder.
Rezülüsyon elemanının artması demek spektrum alınması için
daha fazla zaman demektir.
Örneğin; 500 ile 5000 cm-1 aralığında 3,0 cm-1 frekans aralığında
IR spektrumu alınmak istenirse, m=(5000-500)/3=1500 olur.
Her bir ayırma elemanı için harcanan sürenin 0,5 saniye olduğunu
varsayalım.
O halde bir tane spektrumun tamamını almak için geçecek süre
0,5 saniye x 1500 = 750 saniye (12,5 dakika) olacaktır.
FOURİER TRANSFORM
3,0 cm-1’den daha küçük frekans aralığı kullansaydık bu süre daha
da uzayacaktı.
Büyük rezülüsyon elemanlı veya küçük frekans aralıklı spektrumlar
• Daha fazla bilgi içerir fakat spektrumun alınması uzun zaman alır.
• Her bir dalga boyu tek tek dedektöre gitmesi gerektiğinden zaten
enerjisi düşük olan IR ışınlarına bu işlem uygulandığında dedektöre
çok düşük sinyaller ulaşır. Sinyal şiddeti küçüldüğü için S/N oranı da
küçülür.
S/N oranını iyileştirmek için ise sinyalin ortalaması (defalarca ölçüm)
alınmalıdır.
FOURİER TRANSFORM
Sx
S
 n
N
Nx
Sx=Ortalama sinyal, Nx=Ortalama gürültü, n=ölçüm sayısı
Spektrumda rezülüsyonu dolayısıyla S/N oranını artırmak için
deneme sayısını artırmalıyız
Örneğin; frekans aralığı 3,0 cm-1 olan spektrumda S/N oranını iki
kat artırmak için 4 deneme yapılması gerekir. Bu da
12,5 dakika x 4 = 50 dakika
süre harcamak demektir.
FOURİER TRANSFORM
Fourier dönüşümlü spektroskopinin normal olandan en önemli
farkı, spektrumu elde etmek için gerekli olan zamanın küçük
olmasıdır. Örneğin 1500 ayırma elemanlı bir spektrum 0,5 saniye
kadardır. Böylece S/N oranını artırmak için defalarca spektrumun
alınmasına da (deneme yapma) vakit kalmış olur (Fellget veya
çoklu üstünlük).
Zaman bağımlı (domain) spektroskopi
Alışılmış spektroskopi frekans-bağımlı olduğu için spektrum, ışının
şiddetinin frekansa ya da dalga boyuna karşı değişimi elde edilir.
Fourier dönüşümde ise ışının anlık şiddeti (P(t)) zamanın bir
fonksiyonu olarak grafiğe geçirilir.
Zaman-bağımlı sinyaller
spektruma dönüştürülebilir.
hesaplamalar
ile
frekans-bağımlı
FOURİER TRANSFORM
Zaman ve frekans domain spektroskopi
FOURİER TRANSFORM
Zaman domain ve frekans domain spektrumları aynı bilgiyi taşırlar.
Birisi diğerine matematiksel olarak dönüştürülebilir
P(t)=k[cos(2pν1t)+ k[cos(2pν2t)+.......]
k:sabit ve t:zaman
Dönüşüm işlemi karmaşık matematiksel işlemler gerektirdiğinden
hızlı işlem yapabilen bilgisayarlara ihtiyaç vardır.
Michelson İnterferometre
Zaman-bağımlı sinyaller ışınım frekans aralığına (1012-1015) cevap verebilecek
henüz bir dedektör olmadığından deneysel olarak ölçülemez.
Mevcut dedektörler, bir yüksek frekans sinyalinin ortalama şiddetine cevap verir.
Şiddetin periyodik değişimine cevap vermez.
Bu yüzden zaman-bağımlı sinyallerin ölçülebilir bir frekansa dönüştürülmesi
(modüle edilmesi) gerekir. Bu amaç için Michelson interferometre kullanılır.
Birçok dalga boyu ihtiva eden kaynağa ait zaman-domain spektrumu
Michelson İnterferometre
Düzenek, ışın demetlerini eşit güçte iki demete ayırır. Daha sonra
iki demetin ışın yolları arasındaki farka göre şiddetlerinin
ölçülmesini sağlar.
Demetlerden biri sabit diğeri ise hareketli
aynadan yansıtılır. her iki ayna kesiciden eşit
uzaklıkta ise (0 noktası) ayrılan demetler
birleştiğinde aynı fazda olduklarından ışın
gücü maksimum olur.
Hareketli ayna farklı konumlara çekilerek
sabit aynadan yansıyan ile birleştirildiğinde
olumsuz (l/2, 3l/2) ya da olumlu (l, 2l)
girişim yapan ışınların oluşması sağlanır.
Işın yolları arasındaki fark ya da gecikme
(δ=2(M-F) ile ifade edilen bu girişimler
(cevaplar) ışın şiddetine karşı grafiğe
geçirilir (interferogram).
FOURİER TRANSFORM
Michelson İnterferometre
Sabit ayna
I
ş
ı
n
k
a
y
n
a
ğ
ı
Sabit ayna
H
a
r
e
k
e
t
l
i
a
y
n
a
Dedektör
H
a
r
e
k
e
t
l
i
a
y
n
a
I
ş
ı
n
k
a
y
n
a
ğ
ı
Dedektör
FOURİER TRANSFORM
Michelson İnterferometre
İnterferometredeki hareketli ayna sabit bir
hızla hareket edip λ/2 cm kadar yolu τ
sürede alırsa, ayna hızı(VM)
VM τ= λ/2 yani ƒ=1/ τ=VM/(λ/2 )=2VM/ λ
Eğer bu tanımı dalga sayısı ile birleştirirsek;
ƒ = 2VM υ
Ayrıca λ =c/ υ olduğundan, interferogramın
frekansı ile optik frekans arasındaki ilişki;
ƒ = 2VM υ/c
Örneğin; 1.5 cm.s-1 hızla sürülen bir ayna için
2V M
2 x1 .5 cm 2 s 1
10
f 
v

f

10
v
10
1
c
3 .10 cm.s
FOURİER TRANSFORM
Ayırma gücü: Cihazın ayırabildiği iki çizginin dalga sayıları farkıdır
 v  v1  v 2
v1 , v 2
; en zor ayrılan iki
çizginin
dalga
sayılarıdır
B’de bir maksimum olması için;
 v 2   v1  1
1
v 2  v1 

olmalıdır.
Örnek; 0,1 cm-1 düzeyinde ayırmayı sağlayan aynanın hareket
mesafesi nedir?
1
0 .1     10 cm

Ayna hareketinin gecikme süresinin yarısı yani 5 cm olması gerekir.
Çünkü;
Gecikme; δ=2(M-F)