로이드 거울

Lloyd's mirror

로이드의 거울은 1834년 영국 왕립과학원의 거래에서 험프리 로이드에 의해 처음 기술된 광학 실험입니다.[1] 그것의 원래 목표는 토마스 영과 오거스틴-장 프레넬이 제공한 것을 넘어 빛의 파동성에 대한 추가 증거를 제공하는 것이었습니다. 실험에서 단색 슬릿 소스의 빛은 유리 표면에서 작은 각도로 반사되어 결과적으로 가상 소스에서 나오는 것으로 보입니다. 반사된 빛은 소스로부터의 직접적인 빛을 간섭하여 간섭 무늬를 형성합니다.[2][3] 이것은 광파 아날로그에서 해상 간섭계로 가는 것입니다.[4]

세우다

그림 1. 로이드 거울
그림 2. 영의 2슬릿 실험은 2슬릿 간섭무늬 위에 1슬릿 회절무늬를 보여줍니다.

Lloyd's Mirror는 Young의 실험에서 볼 수 있는 간섭 패턴과 중요한 차이점이 있는 2원 간섭 패턴을 생성하는 데 사용됩니다.

로이드 거울의 현대적인 구현에서 발산하는 레이저 빔이 전면 거울을 그레이징 각도로 타격하여 빛 중 일부는 스크린으로 직접 이동하고(그림 1의 파란색 선), 일부는 거울에서 스크린으로 반사합니다(빨간색 선). 반사된 빛은 직접 빛을 방해하는 가상의 두 번째 소스를 형성합니다.

Young의 실험에서 개별 슬릿은 두 슬릿의 중첩 간섭 무늬 위에 회절 패턴을 표시합니다(그림 2). 대조적으로, Lloyd's mirror 실험은 슬릿을 사용하지 않고 중첩된 단일 슬릿 회절 패턴의 복잡성 없이 2 소스 간섭을 표시합니다.

영의 실험에서 동일한 경로 길이를 나타내는 중앙 가장자리는 보강 간섭으로 인해 밝습니다. 반대로 로이드의 거울에서는 같은 경로 길이를 나타내는 거울에 가장 가까운 테두리가 밝은 것이 아니라 어두운 것입니다. 거울에서 반사되는 빛은 180° 위상 이동을 거치기 때문에 경로 길이가 같거나 정수 개의 파장만큼 차이가 날 때 파괴적인 간섭을 일으키기 때문입니다.

적용들

간섭 리소그래피

로이드 거울의 가장 일반적인 응용은 UV 포토리소그래피와 나노패터닝입니다. 로이드 거울은 이중 슬릿 간섭계보다 중요한 장점을 가지고 있습니다.

이중슬릿 간섭계를 이용하여 일련의 밀접한 간격의 간섭무늬를 만들고 싶다면 슬릿 사이의 간격 d를 늘려야 합니다. 그러나 슬릿 간격을 증가시키려면 입력 빔이 양쪽 슬릿을 덮도록 넓힐 필요가 있습니다. 이로 인해 전력 손실이 크게 발생합니다. 대조적으로, 두 번째 "슬릿"은 소스의 반사된 가상 이미지일 뿐이므로 Lloyd's mirror 기법의 증가는 전력 손실을 초래하지 않습니다. 따라서 로이드 거울은 포토리소그래피와 같은 응용 분야에 충분한 밝기의 미세한 간섭 패턴을 생성할 수 있습니다.[5]

Lloyd's mirror photolithography의 일반적인 용도는 표면 인코더를[6] 위한 회절 격자의 제작과 생체 기능 향상을 위한 의료용 임플란트의 표면을 패턴화하는 것을 포함합니다.[7]

테스트 패턴 생성

점이나 슬릿 소스가 아닌 평행 시준 단색광을 사용하여 Lloyd's mirror 배열에서 일정한 공간 주파수의 높은 가시성 cos-modulated2 fringe를 생성할 수 있습니다. 이 배열에 의해 생성된 균일한 프린지는 CCD 어레이와 같은 광 검출기의 변조 전달 함수를 측정하여 공간 주파수, 파장, 세기 등의 함수로서 그 성능을 특성화하는 데 사용될 수 있습니다.[8]

광학계측

Lloyd's mirror의 출력을 CCD 포토다이오드 배열로 분석하여 펄스 레이저의 스펙트럼 출력을 분석하는 데 사용할 수 있는 소형의 광범위하고 정확한 푸리에 변환 파장계를 생성했습니다.[9]

전파천문학

주 기사: 해간섭계
그림 3. Lloyd's mirror를 이용한 은하 전파원의 위치 결정

1940년대 후반과 1950년대 초, CSIRO 과학자들은 로이드 거울을 기반으로 한 기술을 사용하여 뉴질랜드와 호주의 해안 지역에서 다양한 은하 전파원의 위치를 정확하게 측정했습니다. 그림 3과 같이 바다가 내려다보이는 높은 절벽에서 직사광선과 반사광선을 결합한 원천을 관찰하는 기법이었습니다. 대기 굴절을 보정한 후, 이러한 관측을 통해 지평선 위에 있는 소스의 경로를 표시하고 그들의 천체 좌표를 결정할 수 있었습니다.[10][11]

수중음향

수면 바로 아래에 있는 음향 소스는 직접 경로와 반사 경로 사이에 건설적이고 파괴적인 간섭을 발생시킵니다. 이는 음파 탐지기 작동에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.[12]

로이드 미러 효과는 해우나 고래와 같은 해양 동물이 보트와 배에 반복적으로 부딪힌 이유를 설명하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 암시되어 왔습니다. Lloyd's mirror로 인한 간섭은 대부분의 사고가 발생하는 표면 근처에서 저주파 프로펠러 소리를 식별할 수 없게 합니다. 표면에서 소리 반사는 입사파와 거의 180도 위상이 어긋나기 때문입니다. 확산 효과와 음향 그림자 효과를 결합하면, 해양 동물이 선박 통로의 유체 역학적 힘에 의해 덮치거나 갇히기 전에 다가오는 선박의 소리를 들을 수 없게 됩니다.[13]

참고 항목

참고문헌

  1. ^ Lloyd, Humphrey (1831). "On a New Case of Interference of the Rays of Light". The Transactions of the Royal Irish Academy. Royal Irish Academy. 17: 171–177. ISSN 0790-8113. JSTOR 30078788. Retrieved 2021-05-29.
  2. ^ 프레넬과 로이드의 거울
  3. ^ "Interference by the Division of the Wavefront" (PDF). University of Arkansas. Archived from the original (PDF) on 7 September 2012. Retrieved 20 May 2012.
  4. ^ Bolton, J. G.; Slee, O. B. (1953). "Galactic Radiation at Radio Frequencies V. The Sea Interferometer". Australian Journal of Physics. 6: 420–433. Bibcode:1953AuJPh...6..420B. doi:10.1071/PH530420.
  5. ^ "Application Note 49: Theory of Lloyd's Mirror Interferometer" (PDF). Newport Corporation. Retrieved 16 February 2014.
  6. ^ Li, X.; Shimizu, Y.; Ito, S.; Gao, W.; Zeng, L. (2013). Lin, Jie (ed.). "Fabrication of diffraction gratings for surface encoders by using a Lloyd's mirror interferometer with a 405 nm laser diode". International Symposium on Precision Engineering Measurement and Instrumentation. Eighth International Symposium on Precision Engineering Measurement and Instrumentation. 8759: 87594Q. doi:10.1117/12.2014467. S2CID 136994909.
  7. ^ Domanski, M. (2010). "Novel approach to produce nanopatterned titanium implants by combining nanoimprint lithography and reactive ion etching" (PDF). 14th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences: 3–7.
  8. ^ Hochberg, E. B.; Chrien, N. L. "Lloyd's mirror for MTF testing of MIRS CCD" (PDF). Jet Propulsion Laboratory. Archived from the original (PDF) on 22 February 2014. Retrieved 16 February 2014.
  9. ^ Kielkopf, J.; Portaro, L. (1992). "Lloyd's mirror as a laser wavemeter". Applied Optics. 31 (33): 7083–7088. Bibcode:1992ApOpt..31.7083K. doi:10.1364/AO.31.007083. PMID 20802569.
  10. ^ Bolton, J. G.; Stanley, G. J.; Slee, O. B. (1949). "Positions of Three Discrete Sources of Galactic Radio-Frequency Radiation". Nature. 164 (4159): 101–102. Bibcode:1949Natur.164..101B. doi:10.1038/164101b0. S2CID 4073162.
  11. ^ Edwards, Philip. "Interferometry" (PDF). National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Archived from the original (PDF) on 21 February 2014. Retrieved 11 February 2014.
  12. ^ Carey, W. M. (2009). "Lloyd's Mirror—Image Interference Effects". Acoustics Today. 5 (2): 14. doi:10.1121/1.3182842.
  13. ^ Gerstein, Edmund (2002). "Manatees, Bioacoustics and Boats". American Scientist. 90 (2): 154–163. Bibcode:2002AmSci..90..154G. doi:10.1511/2002.2.154. S2CID 121310274. Retrieved 13 February 2014.

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외부 링크