Michelsoni interferomeeter

**Michelsoni interferomeeter** on ajalooliselt kõige tähtsam amplituudi jaotav interferomeeter, mis töötab superpositsiooniprintsiibil. Seda rakendati näiteks kuulsas Michelsoni-Morley katses, mille käigus tõestati, et väidetavat elektromagnetlainet kandvat eetrit ei eksisteeri ning rajas tee erirelatiivsusteooria kujunemisele. 

Seadme töö seisneb valguskiirte lahutamises ning seejärel kiirte vahele käiguvahe tekitamises. Selleks koostatakse skeem ühe poolläbilaskva ja kahe tavalise peegliga. Punktallika korral on tulemuseks on nn ringikujulised interferentsirõngad. Peeglitevahelise nurga ja peeglite kauguse muutmisega on võimalik ringide konfiguratsiooni muuta, näiteks muuta kontsentrilistest, vaheldumisi heledatest ja tumedatest sõõridest koosnev nn ringikujuline interferentsmuster (peaaegu) paralleelseteks interferentsiribadeks. Muutused interferentsipildis iseloomustavad uuritava objekti poolt mõõteõlale tekitatud faasimoonutust. 

Michelsoni interferomeetrit saab kasutada näiteks valguse lainepikkuse määramiseks, materjali dielektrilise konstandi määramiseks jne. 2015. aastal kasutati gravitatsioonilainete detekteerimiseks Michelsoni interferomeetri põhimõttel töötavat LIGO seadet.

## Tööpõhimõte

Michelsoni interferomeeter on amplituudi jagamisel põhinev interferomeeter, mis tähendab, et seadme töö põhineb laine amplituudi kaheks jaotamisel näiteks poolläbilaskva peegli abil (jättes muutmata lainefrondi kuju) . Poolläbilaskev peegel ehk kiirejagaja on ühelt poolt metallikihiga kaetud klaasplaat. Pool 45-kraadise nurga all poolläbilaskvale peeglile langevast valgusest peegeldub ja pool läbib peeglit. Nii peegeldunud kui ka läbiva laine amplituud on väiksem kui poolläbilaskvale peeglile langeval lainel – amplituud justkui jaotuks. Need lained läbivad vastavalt teepikkuse r_1 ja r_2 ning peegelduvad peeglitelt.  

Peeglite kauguse muutmisega saab muuta käiguvahet - \Delta=\left|2r_1-2r_2\right|. See laine, mis enne peegeldus 90-kraadise nurga alla, levib nüüd otse läbi poolläbilaskva peegli, ning see laine, mis enne levis otse, peegeldub nüüd 90-kraadise nurga all. Skeemi väljundis lained liituvad ning on võimalik jälgida interferentsi. 

Optilise peegli pinnakate kantakse klaasaluse esimesele pinnale – sellele pinnale, millele langeb valgus. Selle peegli ehitusest tingitud iseärasuse tõttu läbib üks kiir poolläbilaskvat peeglit kolm korda ja teine vaid ühe. Laine levimise kiirus (ning seega ka ajas läbitud vahemaa) sõltub keskkonna murdumisnäitajast. Seega, kui soovida muuta käiguvahet otseselt vaid peeglite liigutamisega, on vaja kasutada kompensaatorplaati, mis kujutab endast poolläbipaistva peegliga sama paksusega ning materjalist klaasplaati (ilma metallikihita). Kompensaatorplaat tuleb seada kiirelahutajaga sama nurga alla (45^\circ), sel juhul läbib kiir mõlemas plaadis sama pika tee.

Kui muuta peeglitevahelist nurka, saadakse muster, kus vahelduvad heledad ja tumedad triibud.

## Rakendused

Michelsoni inerferomeetri eeliseks on selle suhteline lihtsus – seadme toimimiseks on vaja vaid kiirejagajat, kahte peeglit ja valgusallikat. Samuti on korrektselt üles seatud süsteem väga täpne. Samas peegeldab kiirejagaja 50% valgusest tagasi valgusallikasse, mis võib mõjutada tulemuste täpsust.

### Ülitäpne vahemaade mõõtmisseade

Michelsoni interferomeetrit on võimalik kasutada vahemaade mõõtmiseks. Muutes peeglite kaugust kiirejagajast (r_1 või r_2) poole kasutatava valguse lainepikkuse \frac{\lambda_0}{2} võrra, liigub interferentsimuster piltlikult "ühe võrra edasi" ehk tume ring satub heleda ringi kohale ja vastupidi. See on põhjustatud konstruktiivse ja destruktiivse interferentsi suhtest. Samuti on nii võimalik määrata lainepikkust \lambda_0.

### Gravitatsioonilained

2015. aastal detekteeriti esimest korda Albert Einsteini üldrelatiivsusteooria põhjal ennustatud gravitatsioonilaineid. Laserinterferomeeter-Gravitatsioonilainete Observatoorium ehk LIGO (*The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory*), mis suutis valguse kiirusel levivaid lained registreerida, koosnes kahest väga suures mõõdus Michelsoni interferomeetrist, mis töötasid sünkroonis. Mõlemad interferomeetrite õlad r_1 ja r_2 olid 4 kilomeetrit pikad, vakumeeritud ning laserivalgust peegeldati enne liitmist 280 korda. Gravitatsioonilaine levimise läbi-/üleüleminemisel LIGO-st muutub ühe haru pikkus ning seetõttu muutub interferentsimuster, mille baasil on võimalik gravitatsioonilaine detekteerida. Gravitatsioonilaine detekteerimiseks pidi süsteem olema võimeline ära tundma vibratsioonid, mis on tuhandeid kordi väiksem kui aatom. 

## Viited