Ce arată
Un telescop (cu ieșire video) din fața sălii de conferințe este focalizat pe două surse de lumină punctiforme din partea din spate a sălii. Deși sursele de lumină sunt la o distanță de numai 1/2 mm, ele sunt ușor de rezolvat. Limita de rezoluție Rayleigh poate fi clar demonstrată prin reducerea deschiderii telescopului până la punctul în care cele două surse de lumină abia pot fi rezolvate, similar cu următoarele imagini (din: Cagnet/Francon/Thrierr, Atlas of Optical Phenomena). La limita Rayleigh, centrele ambelor surse punctiforme coincid cu primul minim al celeilalte surse. Rețineți că, deoarece folosim surse de lumină albă și nu un laser, nu se observă atât de multe maxime și minime de interferență în discul Airy, așa cum este ilustrat (vezi comentariul de mai jos pentru explicații).
Apertura poate fi redusă și mai mult dincolo de limita Rayleigh, astfel încât să fie imposibil de rezolvat cele două surse. Astfel, un „spy glass” cu diametrul de 1 inch (sau un binoclu mic) nu va putea rezolva cele două surse punctiforme de lumină, indiferent de cât de „puternică” este mărirea sau de calitatea opticii.
Cum funcționează
Teleoscopul1 este un Newtonian, utilizând o oglindă primară concavă de 4 inch (10 cm) și o oglindă secundară diagonală plată. Este așezat pe o montură ecuatorială și un trepied dedicat. În locul unui ocular, se utilizează o cameră CCTV2 pentru proiecția video a imaginii.
O diafragmă de diafragmă reglabilă3 , montată pe propriul trepied în fața telescopului, permite reducerea deschiderii telescopului la orice deschidere dorită până la 6 mm. Configurația este prezentată în cele două fotografii:
Cele două surse de lumină punctiforme sunt situate la 20 de metri distanță, chiar în spatele sălii de curs. Ele sunt confecționate din două înțepături de ac în folie de aluminiu. Găurile de ac măsoară 0,14 +/- 0,04 mm în diametru, iar separarea lor este de 0,45 mm, de la centru la centru. Folia de aluminiu este susținută de un suport pentru diapozitive de 35 mm, iar lumina este asigurată de un proiector de diapozitive Kodak Ektagraphic. În proiectorul de diapozitive nu se utilizează nicio lentilă – telescopul este focalizat direct pe cele două găuri de ac. Parametrii importanți sunt ilustrați mai jos:
Separarea unghiulară a celor două surse de lumină este de 2,5×10-5 radiani. Dacă se stabilește această separare unghiulară egală cu limita de rezoluție unghiulară Rayleigh, \(\theta = 1,22 {\lambda \supra a}\) (unde a este deschiderea telescopului), se poate calcula cea mai mică deschidere la care sursele de lumină pot fi încă rezolvate. Utilizând 550 nm pentru lungimea de undă, se obține o deschidere de 2,7 cm. Experimentul confirmă cantitativ acest rezultat.
Punerea în funcțiune
Din moment ce mărirea totală a sistemului este mare, imaginea este destul de suceptibilă la vibrațiile telescopului. Pentru a minimiza problema, picioarele trepiedului sunt așezate pe pătrate de Sorbothane de 1″ grosime (vezi fotografia de mai sus). Bucăți subțiri de carton sub Sorbothane diminuează frecarea cu podeaua, astfel încât trepiedul poate fi împins pentru aliniere.
Proiectorul de diapozitive este așezat pe un suport înalt DA-LITE project-o-stand poziționat pe peretele din spate, în partea din spate a sălii de curs. Deoarece este dificil atât de țintit, cât și de focalizat telescopul pe sursele de lumină stenopatică, este mai ușor să se efectueze mai întâi sarcina de focalizare. În acest scop, așezați o cutie de lumină pe suport și lipiți pe ea hârtie grafică translucidă. Poziționați cutia de lumină astfel încât hârtia grafică să se afle în același loc în care se va afla diapozitivul cu orificiu stenopatic atunci când proiectorul este în poziție. Acum este ușor să îndreptați telescopul spre cutia de lumină și să focalizați pe modelul de grilă luminat al hârtiei grafice. După ce ați făcut acest lucru, înlocuiți cutia de lumină cu proiectorul de diapozitive.
Este important să aliniați corect proiectorul de diapozitive astfel încât telescopul să privească „drept” spre diapozitiv. Următoarea tehnică funcționează bine. Puneți o lentilă cu distanță focală mare (folosiți obiectivul de 9″ f/2,8 2×2) în proiector și țintiți și focalizați cele două găuri de ac de pe un carton alb poziționat aproape de telescop. O bucată de 2×4 sub partea din spate a proiectorului asigură, de obicei, cantitatea potrivită de înclinare. Odată aliniat, îndepărtați obiectivul.
În realizarea demonstrației, este necesar ca demonstrantul să poată nu numai să pornească și să oprească proiectorul de diapozitive din fața sălii de curs, ci și, mai important, să regleze intensitatea surselor de lumină ale orificiilor de lumină cu stenopi. Pe măsură ce deschiderea telescopului este mai mică, intră mai puțină lumină și imaginea devine mai slabă. Pentru a menține luminozitatea generală a imaginii, intensitatea lămpii proiectorului trebuie să fie crescută corespunzător. În acest scop, folosim un control de la distanță al lămpii triac4 cu un cablu lung care ajunge din fața până în spatele sălii de lectură. Ștecherul de la celălalt capăt se introduce în receptorul de control al lămpii cu 2 orificii din partea din spate a proiectorului de diapozitive (în dreapta receptorului de telecomandă pentru diapozitive cu 5 orificii). Întrerupătorul proiectorului trebuie să fie în poziția FAN ONLY.5
Experimentul necesită o cantitate semnificativă de timp pentru a fi pregătit. În cazul în care este disponibilă doar 1/2 oră înainte de curs, ar trebui să se ia măsuri pentru a avea cât mai mult din aparatură așezată și pregătită. Puteți apoi să vă dedicați timpul limitat pentru reglajele finale.
Comentari și note
Doar minimul și maximul de ordinul întâi vor fi clar vizibile. Acest lucru se datorează faptului că avem o suprapunere de modele de interferență (modelul discului Airy) de la un continuum de lungimi de undă din spectrul vizibil. Toate aceste modele au același maxim central, dar modelul este mai împrăștiat pentru lungimile de undă mai mari; acest lucru estompează maximele și minimele de ordin superior. De exemplu, a doua poziție în care se obține o interferență distructivă pentru lumina roșie coincide foarte strâns cu al doilea maxim (interferență constructivă) pentru lumina albastră. În plus, gama dinamică limitată a intensităților luminoase reproduse de camera video/proiector face foarte dificilă captarea ordinelor superioare fără a satura complet maximul central.
1. Celestar 4 de Fecker
2. Panasonic model WV-BP330 cu un adaptor de cameră combinată Orion de 1,25 (adaptor de la inelul T la adaptorul C)
3. Rolyn Optics #75.0285 deschidere maximă = 120 mm, minimă = 6 mm (272 $ în 1999)
4. Dimmer rotativ de 600 W (Grainger #4LX92)
.