در اپتیک از تحلیل فریزهای تداخلی، توزیع فاز و به طورکلی اختلاف راه نوری دو موج تداخلی را می توان محاسبه کرد. فریزهای تداخلی را می توان به دو دسته فریزهای جای گزیده و جای ناگزیده تقسیم بندی کرد، که در متون اپتیکی فریزهای نوع اول به خوبی بررسی شده اند. ولی فریزهای دسته دوم بسیار کم مورد بررسی قرار گرفته اند. با تحلیل این فریزها در فضا می توان اطلاعات بیشتری از دو موج تداخلی به دست آورد، و به عنوان مثال می توان در حالت هایی که استفاده از یک جبهه موج مرجع امکان پذیر نیست و یا دقت آن قابل تعیین نیست، از این روش به عنوان یک جای گزین استفاده کرد و نیاز به جبهه موج مرجع را برطرف کرد. در این پایان نامه، فریزهای جای گزیده و جای ناگزیده معرفی شده اند و روش های تحلیل فریز های جای ناگزیده در سه بعد بررسی شده است. هم چنین تیغه تخت موازی تحت تابش چشمه های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است و دقت آن برای اندازه گیری و تعیین توزیع فاز بررسی شده است. هم چنین با استفاده از روش دیگری، فریزهای ناشی از تیغه تخت موازی تحت تابش یک چشمه نقطه ای بررسی شده است و سعی شده فاصله چشمه تا صفحه مشاهده با استفاده از این روش تعیین شود. این بررسی هم به صورت شبیه سازی و هم به صورت تجربی انجام شده است. هم چنین در آزمایشگا ه های اپتیک به ابزار های دقیقی برای ایجاد جابه جایی های زیر میکرونی نیاز است (مثلاً در روش جابه جایی فاز)، که به همین منظور، یک جابه جاگر مکانیکی زیرمیکرونی طراحی و ساخته شده است. سعی شد از روش تعیین فاصله چشمه نقطه ای برای درجه بندی گام های این جابه جاگر، استفاده شود، ولی براساس نتایج به دست آمده، دقت نسبی این روش از مرتبه ‎$ 1\% $‎ است، که باعث شد این روش نتواند برای این منظور استفاده شود و در نهایت برای درجه بندی جابه جاگر از روش ردیابی ذره استفاده شد. هم چنین در این پایان نامه روشی عددی برای بازسازی دو جبهه موج تداخلی ارائه شده است که برای این منظور فریزهای جای ناگزیده این دو جبهه موج تداخلی در دو مقطع مختلف از انتشار مورد بررسی قرار می گیرد و با استفاده از روشی برپایه تکرار، توزیع فاز های دو جبهه موج تداخلی تعیین می شود. این روش نیز هم به صورت شبیه سازی و هم تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. براساس نتایج شبیه سازی، دقت این روش از مرتبه ‎$ dfrac{lambda}{10} $‎ است. تداخل سنج چینشی یکی از انواع تداخل سنجی است که فریزهای جای ناگزیده تولید می کند. در این پایان نامه سعی شده است، با استفاده از این تداخل سنج نمایه ضریب شکست قطعات نوری مانند میکروکره ها و تارهای نوری تعیین شود. برای این منظور از دو روش مختلف برای ایجاد چینش عرضی استفاده شده است و نتایج ناشی از این دو روش با هم مقایسه شده و مزایا و معایب هر روش مورد بررسی قرار گرفته است.

هدف از این پایان نامه معرفی روشی جدید بر پایه? تداخل سنجی برای نیروسجی از مرتبه? نانو نیوتن است.‎ چیدمان این روش‏، بر اساس مدلی تعمیم یافته از تداخل سنج مایکلسون است،که با جایگزینی آینه های تخت تداخل سنج با رشته های بازتابی ایجاد شده است.‎ علت این تعمیم‏،‏ سبک بودن و انعطاف پذیر بودنِ رشته? بازتابی نسبت به آینه? تخت است که باعث حساسیت بالاتر رشته? بازتابی نسبت به آینه? تخت در مقابل اعمال نیروهای نانو نیوتنی است.‎ در این پژوهش، دو چیدمان مختلف از آینه ها مورد بررسی قرار گرفت.‎ با توجه به اینکه طرح های تداخلی ناشی از این دو چیدمان با یکدیگر متفاوتند در نتیجه روش تحلیل‏ طرح های تداخلی برای هر کدام متفاوت خواهد بود که این امر بررسی شده و بهترین روش برای هر کدام معرفی شده است. برای تخمینی از مرتبه? اندازه گیری و حساسیت به نیروهای کوچک (نیروهایی از مرتبه? نانونیوتن)‏، از آزمایش اندازه گیری نیرو در خازن میله ای استفاده شد. یکی از میله های خازن، رشته? بازتابی و میله? دیگر‏، رشته ای مشابه و ثابت بود که در فاصله ای مشخص از رشته? بازتابی که انتهای آن آزاد و سمت دیگر ثابت بود قرار می گرفت. میله ها به اختلاف پتانسیل ?v متصل می شدند.‎‏‎ اختلاف پتانسیل بین دو میله خازن‏، باعث اعمال نیروی دو میله به یکدیگر و اعمال نیرو باعث جابه جایی رشته? بازتابی و اختلاف راه نوری می شد. اختلاف راه نوری به صورت تغییر در طرح های تداخلی خود را نمایان می سازد. با‎ تحلیل طرح های تداخلی مقدار جابه جایی برحسب اختلاف پتانسیل اعمالی به دست آمد. با انجام روش های مختلف تحلیل فریز و انتخاب بهترین روش در نهایت به دقت خواندن جابه جایی 20‎‏ نانو نیوتن رسیدیم. با به دست آوردن روابط نظری نیروی الکترواستاتیکی در خازن میله ای و با اعمال تغییر اختلاف پتانسیل و اندازه گیری های تجربی و همچنین داشتن جابه جایی رشته? بازتابی برحسب اختلاف پتانسیل می توان نیروسنج ساخته شده را درجه بندی کرد و ضریب سختی فنر معادل آن را تعیین کرد. ضریب سختی فنر معادل برابر 258/0 نیوتن بر متر، به دست آمد. با توجه به دقت اندازه گیری جابجایی که از مرتبه ?? نانومتر است، و همچنین ضریب سختی که برابر با ???/? نیوتن بر متر است، با این نیروسنج اندازه گیری هایی از مرتبه ? نانونیوتن انجام پذیرفت. همچنین روش دیگری برای درجه بندی با استفاده از فرمول بندی مکانیکی انجام گرفت‏. نتایج روش مکانیکی نیز موید روش به دست آمده از درجه بندی الکترواستاتیکی است. در نتیجه یک دستگاه نیروسنج با دقت اندازه گیری نیروهای نانو نیوتنی در دسترس است که می توان کاربردهای متنوع و بدیعی برای آن در نظر گرفت. از جمله این کاربردها می توان به اندازه گیری وشکسانی سیالات، نیروسنجی در سیستم های زیستی، لرزه نگاری‏ و اندازه گیری نیروی کازیمیر‏ و ثابت گرانش اشاره کرد.

در این پژوهش با معرفی طیف سنج نوری (x,t) با قابلیت استخراج طیف جذبی بر حسب زمان و همچنین یک بعد طولی، پدیده ته نشینی مورد بررسی قرار گرفته است. برخلاف طیف سنج های زمانی معمول که در آن ها از یک آرایه رشته ای برای آشکارسازی و عدسی های کروی برای انتقال باریکه نور استفاده می کنند، در اینجا با جایگزینی آرایه رشته ای با یک آرایه ماتریسی (ccd) و همچنین عدسی های استوانه ای به جای عدسی های کروی، این قابلیت به وجود آمده است که علاوه بر بعد زمان، طیف سنجی در یک بعد مکانی هم فراهم شود. اضافه شدن یک بعد طولی در طیف سنج سبب می شود بتوان تحولات طیف عبوری نمونه را در ارتفاع های مختلف بررسی نمود. در این پژوهش ته نشینی نمونه های کلوئیدی مختلف با کمک این طیف سنج مطالعه شد و توانستیم تغییرات غلظت در ته نشینی ذره را در زمان ها و در طول موج های مختلف ببینیم. بررسی نظری پدیده ته نشینی نشان می دهد برای نانوذرات دو عامل پخش و ته نشینی در حال رقابت هستند که در نهایت منجر به نمایه نمایی برای غلظت نمونه می شود. برای نانوذرات سیلیسیم دی اکسید مطابق انتظار مشاهده شد که در حالت تعادل روابط نظری بر داده های تجربی انطباق خوبی دارد. همچنین با کمک طیف سنج ابتدا طیف عبوری و روند ته نشینی رنگدانه های آبی و مهماشی به طور جداگانه بررسی شد. سپس رنگدانه ها مخلوط شد و روند ته نشینی آن مورد بررسی قرار گرفت و توانستیم طیف و ته نشینی رنگدانه های آبی و مهماشی را از آن استخراج کنیم. مشاهده شد که روند ته نشینی مخلوط رنگدانه ها بر روند ته نشینی و نمایه غلظت رنگدانه های آبی و مهماشی انطباق خوبی دارد.

ذرات میکرونی فلزی تحت تابش امواج الکترومغناطیسی گرمای قابل توجهی تولید می کنند. با توجه به کاربردهای گرمای تولید شده با این روش در بیولوژی و پزشکی، اندازه گیری میزان افزایش دما اهمیت بسیاری دارد. در این پژوهش سعی داریم، دمای ذرات میکرونی فلزی را تحت تابش لیزر به روش میکروسکوپی تداخلی اندازه گیری نماییم. در ابتدا با استفاده از روش های لیتوگرافی و لایه نشانی، ذرات میکرونی فلزی و ذرات میکرونی لایه نشانی شده با نقره تولید شد. این ذرات هنگامی که تحت تابش لیزر قرار می گیرند، الکترون های آزاد موجود در سطح فلز انرژی نور را جذب کرده و سبب افزایش انرژی جنبشی و در نتیجه تولید گرما می شوند. برای اندازه گیری دمای این ذرات از میکروسکوپ چینشی و میکروسکوپ تداخلی ماخ زندر استفاده شد. اساس کار هر دو میکروسکوپ تداخل سنجی است. پس از داده برداری، توزیع فاز ناشی از اختلاف دما با تحلیل طرح تداخلی ثبت شده، اندازه گیری شد و با استفاده از انتگرال آبل، توزیع ضریب شکست پیرامون ذره? تحت تابش محاسبه شد. رابطه? بین دما و ضریب شکست ماده ? پیرامون ذرات با تحلیل طرح پراش فرنل از یک پله? فازی مورد بررسی قرار گرفت و در نهایت با توجه به رابطه? بین دما و ضریب شکست، نمایه? دمای پیرامون ذره تعیین شد.

ذارت میکرونی پخش شده در یک محلول به دلیل برهمکنش های گرمایی دارای حرکت براونی هستند. در این پایان نامه با تاباندن نور لیزر بر نمونه ی حاوی این ذرات و ثبت شدت پراکندگی و محاسبه ی خودهمبستگی داده ها می توان ثابت پخش و اندازه ی ذرات را تخمین زد. این روش را پراکندگی دینامیکی نور گویند.

در این پژوهش با استفاده از تداخل سنج میکروسکوپی میرائو‏، نوعی میکروسکوپ تداخلی چیده و ساخته شد که از آن برای بررسی شکل و ابعاد ناهمگنی سطحی استفاده شد. از جمله اندازه گیری های انجام شده توسط این میکروسکوپ‏، ارتفاع دیواره ی صد نانومتری بود. همچنین از این میکروسکوپ برای‏ اندازه گیری زاویه ی تماس قطره ی آب با حجم کسری از نانولیتر‏، روی سطح شیشه ی سودا-لایم استفاده شد. برای تحلیل فریزهای تداخلی ناشی از سطوح از روش تغییر فاز استفاده شد و به منظور ایجاد تغییر فاز سه روش مختلف که بر پایه ی تغییر ضریب شکست‏، تغییر راه نوری و تغییر طول موج استوار بود‏، پیشنهاد شد.

پدیده? پخش به عنوان یکی از مکانیسم های نقل و انتقال در فرآیندهای زیستی، به دفعات و از جنبه های گوناگون مورد مطالعه قرار گرفته است. از لحاظ تجربی برای بررسی پخش کلوئید ها و ارگان های زیستی‏، احتیاج به تعیین مکان آن ها بر حسب زمان است. ‏از آن جایی که پخش ذره در محیط به صورت سه بعدی است‏، باید هر سه مولفه? مکان هم در هر لحظه مشخص شود. در این پژوهش روش جدیدی برای ردیابی ذره در سه بعد ارائه شده است. همچنین پخش تک ذره? کلوئیدی کروی در سه بعد بررسی شده است. با استفاده از میکروسکوپ نوری تصاویر ذره? پلی استیرن در عمق های مختلف ثبت می شود. سپس به کمک برنامه? و با بهره گیری از معادله انتقال شدت موقعیت ذره در صفحه و عمق مشخص می شود. به این ترتیب مسیر حرکت ‏سه بعدی ذره در فضا و در زمان مشخص شده و سپس با تحلیل این مسیر‏، ضریب پخش ذره مورد مطالعه قرار گرفته است. ‎‏در‎ این رساله ردیابی ‏سه بعدی ذرات پلی استیرن با شعاع µm ?/?و µm ??، صورت گرفته است. سرعت ته نشینی برای این ذرات با توجه به شرایط حاکم بر آزمایش به ترتیب ‏با مقادیر µm/s ?/??? ± µm/s ?/??? و µm/s ?/??? ± µm/s ?/??? گزارش شده است. همچنین مقادیر تجربی ضرایب پخش هم برای ذرات با شعاع µm ?? در هر یک از سه راستای x، y و z به ترتیب با مقادیر µm/s ?/???? ± µm2/s ?/????، µm2/s ?/???? ± µm2/s ?/???? و µm2/s ?/???? ± µm2/s ?/???? گزارش شده است. مقادیر تجربی محاسبه شده انطباق خوبی با مقادیر نظری مورد مطالعه دارند.