Кольцевое устройство для измерения эффекта доплера фотонов

Устройство относится к области оптики, занимающейся изучением световых волн от источников и возникающего при этом Доплер эффекта при различных вариантах движения источников и приемников относительно друг друга.

Кольцевое устройство для измерения эффекта Доплера фотонов содержит источник монохроматического света, разделяемого на три луча шторкой с тремя узкими щелями; два окна для прохождения света 2, 3 зеркала 4 и 5, направляющие лучи в зону измерения; пару кольцевых направляющих 6 и 7, создающих внутреннюю и верхнюю магнитную подушку, по которым перемещаются две платформы 8 и 9, парящие над направляющими на магнитной подушке с парой зеркал 10, 11 и 12, 13 на каждой, с возможностью их юстировки; датчик для измерения скорости платформы относительно корпуса, приемники света 14, 15 и 16, 17; устройство синхронизации перемещения платформ, которые разгоняются навстречу друг другу до зоны измерения; дифракционную решетку DF для разложения света в спектр; экран для наблюдения спектра; генератор, создающий магнитную подушку; генератор, создающий разгоняющее поле; высокоточную систему измерения времени; тороидальный корпус с вакуумом 22. Рисунков 3.

Устройство относится к области оптики, занимающейся изучением световых волн от источников и возникающего при этом Доплер эффекта при различных вариантах движения источников и приемников относительно друг друга.

Для измерения эффекта Доплера А.А. Белопольский использовал прибор, в котором для увеличения скорости движения источника, использовал многократное отражение от движущихся зеркал. В приборе Белопольского зеркала представляют собой радиальные лопасти двух колес (подобные пароходным), приводимых во вращение моторами. Спектральным прибором для наблюдения смещения служил у Белопольского трехпризменный спектрограф. Каждое колесо имеет восемь плоских стеклянных зеркал, отражающих посеребренной поверхностью, концами вставленные в диски. Колеса связаны шестернями и приводятся во вращение динамомашинами, и расположены так, что узкий пучок света мимо первого колеса попадает на зеркало второго и, отразившись несколько раз от параллельных зеркал, проходит мимо второго колеса на щель спектографа. Устройство размещено на чугунном штативе в воздушной среде. (Известия Академии наук, 1900, т XIII, 5).

Однако, устройство не позволяет измерить зависимость скорости испущенных фотонов и их эффекта Доплера.

Все варианты известного устройства характеризуются следующими существенными недостатками: данным устройством в принципе невозможно измерить скорость света испущенного от последнего отражения, так как она равна скорости распространения в среде (воздухе) и не зависит от скорости движения источников, поэтому невозможно измерить зависимость скорости испущенных фотонов и их эффекта Доплера. То есть известное устройство не позволяет установить и измерить зависимость Доплер эффекта от скорости света, что и стало задачей предлагаемого устройства.

Технический результат полезной модели состоит в одновременном измерении скорости движения зеркал, скорости света отраженного от них и смещение линий спектра.

Поставленная задача решается предлагаемым устройством (рис.1, 2, 3), содержащем источник монохроматического света F, разделяемого на три луча шторкой 1 с тремя узкими щелями, два окна 2 и 3 для прохождения света, стационарные зеркала 4 и 5, направляющие лучив зону измерения, пару кольцевых направляющих 6 и 7, создающих внутреннюю и верхнюю магнитную подушку, по которым перемещаются две платформы 8 и 9,парящие над направляющими на магнитной подушке с парой зеркал 10, 11 и 12, 13 на каждой, с возможностью их юстировки, с уголковым отражателем интерферометра на каждой, два интерферометра для измерения скорости платформ относительно корпуса (на рисунках не показаны), приемник света 14 перекрывающий луч от подвижного зеркала 11 на приемник света 15, и приемник света 16 перекрывающий луч от другого подвижного зеркала 10 на приемник света 17, устройство синхронизации перемещения платформ, которые разгоняются навстречу друг другу до зоны измерения C, систему синхронизации движения платформ по кольцевым направляющим, в зоне измерения лучи многократно, точно известное количество раз, отражаются от движущихся навстречу зеркал и, затем, от удаляющихся зеркал, направляются на дифракционную решетку DF для разложения в спектр и, затем, на регистратор спектра E, генератор подмагничивающего и разгоняющего полей; помещенных в тороидальный корпус 22 с вакуумом, регистратор спектра Е; высокоточную систему измерения времени. Средний луч проходит прямо на дифракционную решетку, разлагаясь в спектр, служит контрольным для двух других.

Установка работает следующим образом (рис.1, 2): по двум кольцевым направляющим 6, 7, состоящим из электромагнитов создающих внутреннюю и верхнюю магнитную подушку, по которым, навстречу друг другу, разгоняются две платформы 8, 9 на магнитной подушке с парой зеркал 10, 11 и 12, 13 на каждой, и достигая измерительной зоны C (рис 2) на зеркала попадают узкие горизонтальные полоски монохроматического света от источника F через шторку 1 с тремя узкими щелями в зеркало 4 и в зеркало 5, от зеркала 4 в зеркало 11 отражаясь определенное количество раз от подвижного 11 и подвижного 12 зеркал свет попадает частью полоски на приемник света 15 (рис.1) и частью полоски на зеркало 18 и с него на зеркало 20 и с него попадают на дифракционную решетку DF, разлагаясь в спектр, характерный для сближающихся источников, попадают в регистратор спектра E. Затем, перемещаясь дальше, луч перекрывается приемником света 14, и по времени запаздывания окончания прихода сигнала на приемник света 15 относительно прихода сигнала на приемник света 14 можно вычислить скорость света от зеркала 11 к приемнику света 15, зная расстояние l₁ от приемника света 14 до приемника света 15.

Двигаясь дальше платформы сближаются, затем начинают разбегаться и узкая горизонтальная полоска света от зеркала 5 (рис.3), попадает на зеркала 10, 13 и отражаясь определенное количество раз от двух подвижных зеркал свет попадает частью полоски на приемник света 17 (рис.1) и частью полоски на зеркало 19 и с него на зеркало 21 и с него попадают на дифракционную решетку DF разлагаясь в спектр, характерный для удаляющихся источников, попадают в регистратор спектра E. Затем, перемещаясь дальше, луч перекрывается приемником света 16, и по времени запаздывания окончания прихода сигнала на приемник света 17 относительно прихода сигнала на приемники света 16 можно вычислить скорость света от зеркала 13 к приемнику света 17, зная расстояние l₂ от приемника света 16 до приемника света 17.

Настраивают установку, выставляя платформы в зоне измерения, таким образом, чтобы последний луч от зеркала 11 к приемнику света 15 касался края, а, затем, перекрывался приемником света 14 и точно измеряя расстояние l₁ от приемника света 14 до приемника света 15. При этом добиваются при неподвижных платформах, чтобы световые полоски от трех потоков находились на одной вертикальной линии. Измерения начинают в тот момент, когда свет попадает на приемник света 15, при этом измеряют скорость движения платформ по количеству интерференционных полос за точно измеренное время, определяют количество отражений от каждой пары зеркал, времени запаздывания окончания прихода сигнала на приемник света 15 относительно прихода сигнала на приемник света 14, что позволяет вычислить скорость света от зеркала 11 к приемнику света 15. Также настраивают второй (удаляющейся) канал, измерения начинают в тот момент, когда свет попадает на приемник света 17, при этом измеряют скорость движения платформ по количеству интерференционных полос за точно измеренное время, определяют количество отражений от каждой пары зеркал, времени запаздывания окончания прихода сигнала на приемник света 17 относительно прихода сигнала на приемник света 16, что позволяет вычислить скорость света от зеркала 10 к приемнику света 17.

Полученные результаты позволяют определить скорости движения зеркал относительно корпуса, количества отражений лучей от движущихся зеркал и наблюдения смещения спектральных линий света с расходящихся и сходящихся зеркал, а, также, скорости света от движущегося зеркала и приемника света. При этом скорость n-го изображения будет:

w=d(2nx)/dt=2nv

а скорость света выходящего луча измеряется по времени задержки сигнала в приемник света 15 относительно приемника света 14 и по времени задержки сигнала в приемник света 17 относительно приемника света 16.

Кольцевое устройство для измерения эффекта Доплера фотонов содержит источник монохроматического света, разделяемого на три луча шторкой с тремя узкими щелями; два окна для прохождения света 2, 3; зеркала 4 и 5, направляющие лучи в зону измерения; пару кольцевых направляющих 6 и 7, создающих внутреннюю и верхнюю магнитную подушку, по которым перемещаются две платформы 8 и 9, парящие над направляющими на магнитной подушке с парой зеркал 10, 11 и 12, 13 на каждой, с возможностью их юстировки; датчик для измерения скорости платформы относительно корпуса, приемники света 14, 15 и 16, 17 для измерения скорости испущенного света; устройство синхронизации перемещения платформ, которые разгоняются навстречу друг другу до зоны измерения; зеркала 20 и 21 для направления луча на дифракционную решетку DF для разложения света в спектр; экран E для наблюдения спектра; генератор, создающий магнитную подушку; генератор, создающий разгоняющее поле; высокоточную систему измерения времени; тороидальный корпус с вакуумом 22.