மைக்கல்சன் குறுக்கீட்டுமானி

ஒளியியல் குறுக்கீட்டு விளைவை கணக்கிட ஆல்பர்ட் ஆபிரகாம் மைக்கேல்சன் கண்டறிந்த கருவியே மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானி (Michelson interferometer) ஆகும். ஒரு ஒளி மூலத்திலிருந்து வரும் ஒளி அலைகளை இரண்டு கற்றைகளாகப் பிரிக்க கற்றைப் பிரிப்பான் (beam splitter) பயன்படுத்தப்படுகிறது. பின்னர் இரு கற்றைகளும் எதிரொளிக்கப்பட்டு, அவற்றின் வீச்சுகள் ஒன்றிணைக்கப்படும் போது குறுக்கீட்டு விளைவு உண்டாகிறது. இந்த குறுக்கீட்டு உருப்படிவம் ஒரு ஒளி மின் உணர்விக்கோ அல்லது நிழற்படகருவிக்கோ அனுப்பப்படுகிறது. இரு அலைகளின் வேறுபட்ட அலை நீளங்கள் அல்லது வெவ்வேறு ஒளி மூலங்கள் அல்லது சோதிக்கப்பட வேண்டிய பல்வேறு தனிமங்கள் ஆகியவற்றைக் கொண்டு குறுக்கீட்டுமானி பல வழிகளிலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. எட்வர்ட் மார்லேயும், ஆல்பர்ட் ஆபிரகாம் மைக்கேல்சனும் இணைந்து பயன்படுத்திய மைக்கேல்சன்-மார்லே சோதனையில், இது பயன்படுத்தப்படுகிறது.^[1] இச் சோதனை ஒளியின் ஊடகமாக கருதப்பட்ட ஒளிகடத்துமீதர் இருப்பதைக் கண்டறிய பயன்படுத்தப்பட்டது. இச் சோதனையின் முடிவில் ஒளிகடத்துமீதர் இல்லை என்பதும், ஒளி பரவ ஊடகம் ஏதும் தேவையில்லை என்பதும் நிருபிக்கப்பட்டது. பின்னர் மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானி புவியீர்ப்பு அலைகள் இருப்பதை உறுதி செய்யப் பயன்பட்டது.^[2] இச் சோதனையின் முடிவில் பொது சார்பியல் கொள்கை விளக்கப்பட்டது.

படம் 1. ஒளி மூலமும், உணர்கருவியும் இல்லாத மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானி.

வெளிர் மஞ்சள் ஒளிப் பாதையில் மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானி.

அமைப்பு

படம் 2. ஒளிப் பாதையுடன் மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானி

மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானியில் M₁ & M₂ என்ற இரண்டு சமதள ஆடிகள் பயன்படுத்தப்படுகிறது. M என்ற கற்றைப் பிரிப்பான் அமைப்பும் உள்ளது. S என்ற ஒளி மூலத்திலிருந்து வரும் ஒளி அலைகள் பகுதியளவில் எதிரொளிப்பு செய்யும் கற்றைப் பிரிப்பானில் C என்ற இடத்தில் விழுகிறது. B என்ற பாதையில் கடத்தப்படுகிறது, A என்ற பாதையில் எதிரொளிக்கப்படுகிறது. இந்த இரு ஒளியலைகளும் C என்ற புள்ளியில் மீண்டும் குறுக்கீட்டு விளைவை ஏற்படுத்துகிறது. இறுதி பிம்பம் E என்ற புள்ளியில் உள்ள உணர்வியில் விழுகிறது. இரு அலைகளின் ஒளிப்பாதையும் சம அளவில் இருந்தால் மட்டுமே சீரான குறுக்கீட்டு வரிகள் ஏற்படும். சம பாதை அளவு இல்லாத ஒளியலைகள் மாறாத செறிவுள்ள குறுக்கீட்டு வரிகளை ஏற்படுத்துவதில்லை.

படம் 2 ல் ஓரியல்பு (coherent) ஒளி மூலம் (லேசர்) பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளது. வாயு மின்னிறக்க குழாய் விளக்கிலிருந்து வரும் குறுகிய பட்டை அகலம் கொண்ட ஒளி அலைகள் அல்லது வெள்ளை ஒளி அலைகளைப் பயன்படுத்தலாம். ஆனால் ஓரியல்பு ஒளி அலைகளைப் பயன்படுத்தினால் குறுக்கீட்டு வரிகள் சிறப்பாக அமையும்.

படம் 3. குறுக்கீட்டு வரியுடன் மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானி

ஒற்றை நிற ஒளி (சோடியம் D வரிகள்) மூலத்தினால் மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானியில் உண்டாகும் குறுக்கீட்டு வரிகள்.

படம்3a & 3b யில் காட்டப்பட்டுள்ளது போல் M₁ என்ற சமதள ஆடியில் கடத்தப்பட்ட ஒளி அலைகளும், M'₂ என்ற சமதள ஆடியில் எதிரொளிக்கப்பட்ட ஒளி அலைகளும் உருவாக்கப்படுகின்றன. S என்ற மூல ஒளி உருவாக்கும் S'₁ மற்றும் S'₂ என்ற இரு மாய பிம்பங்களும் குறுக்கீட்டு விளைவுக்கு உள்ளாகி குறுக்கீட்டு வரிகளை ஏற்படுத்துகிறது. குறுக்கீட்டு வரிகளின் பண்புகள் ஒளி மூலம், சமதள ஆடிகள் மற்றும் கற்றைப் பிரிப்பான் அமைப்பு ஆகியவற்றைப் பொறுத்தது. படம்3a & 3b யில் S'₁ மற்றும் S'₂ ஆகிய ஒளி மூலங்கள் காண்பவருக்கு இணையாக அமைக்கப்படடுள்ளது. குறுக்கீட்டு வரிகள் வட்ட வடிவில் M₁ மற்றும் M'₂ ஆகிய சமதள ஆடிகளுக்கு செங்குத்தாக உருவாகிறது. M₁ மற்றும் M'₂ ஆகிய சமதள ஆடிகளின் அமைப்பை மாற்றுவதன் மூலம் அதிபரவளைய (hyperbolas) குறுக்கீட்டு வரிகள் மற்றும் நேரான, இணையான, சம பட்டை அகலம் கொண்ட குறுக்கீட்டு வரிகள் ஆகியவற்றை உருவாக்க இயலும்.^[3]:17

மூலத்தின் பட்டை அகலம்

படம் 4. வெள்ளை ஒளி மூலத்துடன் உள்ள மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானி

வெள்ளை ஒளியில் ஓரியல்புத் தன்மை குறைவாக இருக்கும். எனவே அவற்றை மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானியில் பயன்படுத்துவது கடினமாக இருக்கும். குறுக்கீட்டு விளைவுக்கு உள்ளாகும் அனைத்து ஒளி அலைகளும் சமமான தூரம் கடந்து வர வேண்டும். படம் 4a ல் காட்டப்பட்டுள்ளது போல் கிடைமட்ட கதிர், கற்றை பிரிப்பானை மூன்று முறையும், செங்குத்து கதிர், கற்றை பிரிப்பானை இரண்டு முறையும் கடக்கிறது. இதைச் சரிசெய்ய ஒரு கண்ணாடி தகடு, செங்குத்து கதிரின் பாதையில் வைக்கப்பட்டுள்ளது.^[3]:16. குறுகிய பட்டை அகலம் கொண்ட லேசர் கதிரைப் பயன்படுத்தும் போது, இந்த சரிசெய்யும் கண்ணாடி தகடு தேவைப்படுவதில்லை.

குறுக்கீட்டு வரிகளின் தன்மை, ஒளியின் ஓரியல்புத் தன்மையைப் பொறுத்தது. படம் 3b ல் மஞ்சள் நிற சோடியம் விளக்கு ஏற்படுத்தும் குறுக்கீட்டு வரிகள் விளக்கப்பட்டுள்ளன. வெள்ளை ஒளி மூலத்தை பயன்படுத்தும் போது பல நிறங்களைக் கொண்ட குறுக்கீட்டு வரிகள் உண்டாகிறது.

1887ன் ஆரம்ப காலங்களில் மைக்கேல்சன்-மார்லே சோதனை புவியின் வேகம் ஒளிகடத்துமீதரை சார்ந்து எவ்வாறு அமைந்துள்ளது என்பதைக் கண்டறியவே பயன்பட்டது.^[1][4] பகுதி ஒற்றை நிற ஒளி மூலங்கள் முதலில் பயன்படுத்தப்பட்டன. பின்னர் அனைத்து அலை நீளங்களையும் கொண்ட வெள்ளை நிற ஒளி மூலங்கள் பயன்படுத்தப்பட்டன..^{[5][note 1][6][note 2]}

பயன்கள்

படம் 5. பூரியர் உரு மாற்று நிறமாலை.

மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானி அமைப்பு பல வழிகளிலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

பூரியர் உரு மாற்று நிறமாலைமானி

படம் 5. பூரியர் உரு மாற்று நிறமாலைமானியின் செயல்பாட்டை விளக்குகிறது. மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானியில் ஒரு சமதள ஆடி நகர்த்தும் படி அமைக்கப்பட்டிருக்கும். சமதள ஆடியை பல்வேறு இடங்களுக்கு நகர்த்தி குறுக்கீட்டு வரிகள் பெறப்பட்டன. பூரியர் உரு மாற்று, குறுக்கீட்டு வரிகளை சாதாரண நிறமாலையாக மாற்றுகிறது.^[7] பூரியர் உரு மாற்று நிறமாலைமானி நிறப்பிரிகையை ஏற்படுத்தும் கீற்றணி ( grating ) மற்றும் பட்டகங்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஒளி வெளிவரும் துவாரம் குறுகியதாக அமைக்கப்பட வேண்டும்.^[8]

டவைமேன்-கீரின் குறுக்கீட்டுமானி

படம் 6. டவைமேன்-கீரின் குறுக்கீட்டுமானி.

1916 ஆம் ஆண்டு டவைமேன் மற்றும் கீரின் சேர்ந்து டவைமேன்-கீரின் குறுக்கீட்டுமானியை வடிவமைத்தனர். இணையாக்கி மற்றும் ஒற்றை நிற ஒளி மூலம் ஆகியவை மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானியிலிருந்து டவைமேன்-கீரின் குறுக்கீட்டுமானியை வேறுபடுத்தி காட்டுகிறது. ஓரியல்பு நீளம் சமமாக இல்லாததால் டவைமேன்-கீரின் குறுக்கீட்டுமானியின் பயன்பாடு குறைவாகவே உள்ளது. ^[9] வில்லை மற்றும் தொலைநோக்கி போன்ற பல்வேறு ஒளியியல் சாதனங்களைச் சோதிக்க டவைமேன்-கீரின் குறுக்கீட்டுமானி பயன்பட்டது. ^[10] படம் 6, டவைமேன்-கீரின் குறுக்கீட்டுமானி ஒரு வில்லையை சோதிப்பதை விளக்குகிறது. ஒரு புள்ளி ஒளி மூலத்திலிருந்து வரும் ஒளி, விரிக்கும் வில்லை மூலம் இணை கற்றையாக மாற்றப்படுகிறது.^[11]

லேசர் சமமில்லா பாதை குறுக்கீட்டுமானி

இக் குறுக்கீட்டுமானி, ஓரியல்பு லேசர் ஒளிமூலம் பயன்படுத்தப்படும் டவைமேன்-கீரின் குறுக்கீட்டுமானி ஆகும். சமமில்லா பாதையில் பரவும் இரு ஒளி அலைகளும் இணைந்து குறுக்கீட்டு வரிகள் உருவாக்கப்படுகின்றன. ஒளியியல் சாதனங்களைச் சோதிக்க இச் சோதனை பயன்படுகிறது.

அடி-கட்ட குறுக்கீட்டுமானி

மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானியில் உள்ள சமதள ஆடிக்கு பதிவாக கிர்சு- டூர்னாயிசு எட்லான் (Gires–Tournois etalon) என்ற ஒளி ஊடுறுவும் தகட்டை பயன்படுத்துகிறது. ^[12] கிர்சு- டூர்னாயிசு எட்லான் என்ற ஒளி ஊடுறுவும் தகட்டினால் அதிக நிறப்பிரிகைக்கு உள்ளாகும் ஒரு ஒளி அலையும், சமதள ஆடியால் எதிரொளிக்கப்பட்ட மற்றொரு ஒளி அலையும் குறுக்கீட்டு விளைவுக்கு உள்ளாகிறது. இழை ஒளியியல் தொலைத் தொடர்பு பயன்களைக் கண்டறிய இந்த குறுக்கீட்டுமானி உதவுகிறது.

நட்சத்திர கணக்கீடுகள்

நட்சத்திரங்களின் விட்டத்தைக் காண மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானி பயன்படுகிறது.

புவியீர்ப்பு அலை காணுதல்

புவியீர்ப்பு அலை இருப்பதைக் காண மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானி பயன்படுகிறது. 2015 ல் லிகோ (LIGO) கருவியைப் பயன்படுத்தி (4 கி.மீ நீளமுடைய மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானி) புவியீர்ப்பு அலை இருப்பது உணரப்பட்டது.^[13]

இந்தச் சோதனையால் ஆல்பர்ட் ஐன்சுடீனின் பொது சார்பியல் கொள்கை நிருபிக்கப்பட்டது.^[14][15][16]

மேலும் சில பயன்கள்

படம் 7. சூரியநடுக்க காந்த நிரல்வரைவி (HMI) டாப்ளர் வரைவி சூரிய மேற்பரப்பில் வாயுக்களின் வேகத்தை உணர்த்துகிறது. நீல ஒளி, காண்பவரை நோக்கி வரும் வாயுவையும், சிவப்பு ஒளி, காண்பவரை விட்டு விலகிச் செல்லும் வாயுவையும் குறிக்கிறது.

படம்7 இல், மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானியைப் பயன்படுத்தி சூரிய மேற்பரப்பை டாப்ளர் வரைபடம் மூலம் காண உதவுகிறது. மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானியை மற்ற குறுக்கீட்டுமானிகளை விட இயக்குவது எளிது. குறிப்பிட்ட அலை நீளங்களை மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானியைப் பயன்படுத்தி பரிசோதிக்க இயலும். அகலமான அலைகளை மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானியில் சோதிப்பது கடினமாக உள்ளது.^[17]

படம் 8. ஒளியியல் ஓரியல்பு வெட்டுவரைவு குறுக்கீட்டுமானியின் மாதிரி

மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானியின் மற்றொரு பயன், ஒளியியல் ஓரியல்பு வெட்டுவரைவியாகும் (optical coherence tomography). மருத்துவத் துறையில் நுண்ணிய திசுக்களை காண பயன்படுகிறது. படம் 8, ஒளியியல் ஓரியல்பு வெட்டுவரைவியின் உள்மையப் பகுதியில் மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானி இருப்பதைக் காட்டுகிறது. திசுக்களினால் எதிரொளிக்கப்பட்ட ஒளிஅலையும், ஆதார சமதள ஆடியால் எதிரொளிக்கப்பட்ட ஒளிஅலையும் குறுக்கீட்டு விளைவிற்கு உள்ளாகி திசுக்களின் முப்பரிமாணப் படங்களை வெளிவிடுகிறது.^[18][19]

^[20] மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானியின் மற்றொரு பயன், இது கட்டப் பண்பேற்றத்தை வீச்சுப் பண்பேற்றமாக மாற்ற உதவுகிறது.

வளிமண்டல மற்றும் வானியல் பயன்கள்

மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானி வளிமண்டல மேலடுக்கைப் பற்றி அறியப் பயன்படுகிறது. வெப்பநிலை, காற்றின் வேகம் ஆகியவற்றை அறியப் பயன்படுகிறது.^[21] ’UARS’ (Upper Atmosphere Research Satellite) என்ற செயற்கைக் கோள் புவியின் வெப்பநிலை, காற்றின் வேகம் ஆகியவற்றில் ஏற்படும் சிறிய மாற்றங்களைக் கூட கண்டறிய உதவுகிறது. ஈவான் என்ற இயற்பியலாளர் முனைவாக்க மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானியைப் பற்றி எடுத்துரைத்தார்.^[22]

இரட்டை முறிவுக்குரிய ஒளிமானி, மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானியுடன் இணைக்கப்பட்டு பிம்பங்கள் பெறப்பட்டன. முனைவாக்க அகலப்பட்டை மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானி (polarizing wide-field Michelson interferometer) உருவாக்கப்பட்டன.^[23] இந்தக் கருவியின் மூலம் சூரியனில் ஏற்படும் சிறுசிறு மாற்றங்கள் கூடப் பெறப்பட்டன. GONG (Global Oscillations Network Group) என்ற அமைப்பு இந்த மாற்றங்களைப் பதிவு செய்கிறது.^[24]

படம் 9. சூரியனின் காந்த வரைபடம், காந்தப்புலம் அதிகமுள்ள பகுதிகள் கருப்பு வெள்ளையாகத் தெரிகிறது. சூரிய இயங்கியல் வானாய்வகத்தால் எடுக்கப்பட்ட புகைப்படம்

முனைவாக்க வளிமண்டல மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானி (Polarizing Atmospheric Michelson Interferometer-PAMI),^[25] வளிமண்டல நிறமாலை பிம்பங்களைப் பெறப் பயன்படுகிறது.^[26] டைட்டில் மற்றும் ராம்சே கூறிய முனைவாக்க இசைவித்தல் தொழிற்நுட்பத்தை பயன்படுத்துகிறது.^[23][27] புவியின் வெப்பநிலை, காற்றின் வேகம் ஆகியவற்றைக் கண்டறிய உதவுகிறது.^[28]

சூரியநடுக்க காந்த நிரல்வரைவி (HMI) என்பது இரண்டு மைக்கேல்சன் குறுக்கீட்டுமானிகளைப் பயன்படுத்துகிறது. ஒன்று முனைவாக்கல் உபகரணங்களையும், மற்றொன்று இசைவித்தல் தொழிற்நுட்பத்தை பயன்படுத்துகிறது. சூரியனின் காந்த செயல்பாடுகள் மற்றும் உள்ளே ஏற்படும் மாறுபாடுகளைக் கண்டறிய உதவுகிறது. இது படம் 9 ல் காட்டப்பட்டுள்ளது.^[29][30] சூரியனில் உருவாகும் சூரியப் புள்ளிகள் பற்றிய தகவலைப் பெற உதவுகிறது.^[31] சூரியனின் காந்த செயல்பாடுகள் புவியின் வளிமண்டல செயல்பாடுகளைப் பாதிப்பதால், சூரிய புள்ளிகள் பற்றிய தகவல்கள் வானிலை மாற்றங்கள் பற்றிய தகவலை வழங்குகிறது.

மேலும் பார்க்க

• லைகோ Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory

குறிப்புகள்

1. Michelson (1881) wrote, "... when they [the fringes using sodium light] were of convenient width and of maximum sharpness, the sodium flame was removed and the lamp again substituted. The screw m was then slowly turned till the bands reappeared. They were then of course colored, except the central band, which was nearly black."
2. Shankland (1964) wrote concerning the 1881 experiment, p. 20: "The interference fringes were found by first using a sodium light source and after adjustment for maximum visibility, the source was changed to white light and the colored fringes then located. White-light fringes were employed to facilitate observation of shifts in position of the interference pattern." And concerning the 1887 experiment, p. 31: "With this new interferometer, the magnitude of the expected shift of the white-light interference pattern was 0.4 of a fringe as the instrument was rotated through an angle of 90° in the horizontal plane. (The corresponding shift in the Potsdam interferometer had been 0.04 fringe.)"