Interferometr Sagnaca

Interferometr Sagnaca (interferometr pierścieniowy) – interferometr składający się z płytki dwudzielnej i układu zwierciadeł zapewniającego bieg promienia po drodze zamkniętej. Padająca wiązka światła zostaje podzielona, a dwie wiązki poruszają się tą samą drogą, ale w przeciwnych kierunkach. Po powrocie wiązek do płytki dwudzielnej wiązki opuszczają interferometr i interferują ze sobą. Względne fazy dwóch wychodzących wiązek, a tym samym położenie prążków interferencyjnych, przesuwa się w zależności z prędkości kątowej aparatu względem inercjalnego układu odniesienia[1].

Interferometr Sagnaca: S – źródło światła; P – płytka półprzepuszczalna; Z1, Z2 – zwierciadła; O – ekran

Gdy interferometr jest w spoczynku względem inercjalnego układu odniesienia, światło przebywa pierścień w takim samym czasie w obu kierunkach. Jednakże, gdy interferometr jest obracany, jedna wiązka światła przechodzi dłuższą drogę niż druga, a zatem przechodzi dłużej, co powoduje różnicę faz między wiązkami[1].

Georges Sagnac przygotował ten eksperyment, aby udowodnić istnienie eteru, który odrzuciła teoria szczególnej teorii względności Einsteina.

W oparciu o efekt Sagnaca buduje się żyroskopy optyczne laserowe i światłowodowe, stosowane do precyzyjnego wykrywania zmiany kierunku w samolotach i innych pojazdach.

Zasada działaniaEdytuj

 
Schemat światłowodowego interferometru Sagnaca

Światło padając na płytkę półprzepuszczalną P rozdziela się na dwa promienie, które w układzie interferometru propagują się po tej samej drodze, lecz w przeciwnych kierunkach. Promienie łączą się ponownie na płytce P i interferują za płytką, obraz interferencyjny można obserwować na ekranie O. Różnica faz obu wiązek ulega zmianie, gdy interferometr obraca się. Różnica faz wynika z tego, że w obracającym się układzie układ „ucieka” przed wiązką, a dla drugiej „biegnie do niej”. W efekcie tego jedna wiązka musi pokonać drogę

 

analogicznie dla drugiej wiązki droga ta wynosi

 

Otrzymujemy w ten sposób dwa różne czasy potrzebne do dotarcia do ekranu

  i  

gdzie:

  – kąt o jaki obróci się układ,
  – prędkość liniowa układu,
 prędkość światła.

Otrzymane wzory na czas przypominają strukturę   i czasami w ten sposób są tłumaczone. Jest to jednak rozumowanie niepoprawne fizycznie.

Układ zwierciadeł może być zastąpiony światłowodem. Układy takie są precyzyjne i umożliwiają rozpoznanie obrotu o 0,0001 stopnia na godzinę

PrzypisyEdytuj

  1. a b R. Waligóra: Eksperymentalna baza Szczególnej Teorii Względności.. 2010. [dostęp 2020-09-27].