Калитеевский Н.И. - Волновая оптика (1070655), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Интерферометр Майкельсона образован двумя отражателями Тз и Т, и полупрозрачным зеркалом М, (рис. 5.48).Металлическое зеркало Мя укреплено на подвижных винтах, что удобно для юстировки прибора. В качестве отражателей Т, и Т, применяют призмы полного ицутреннего отражения — уголковые отражатели. Такая призма представляет собой тетраэдр из стекла с углами между боковыми гранями А, В, С, равными 90' (рис.
5.49). Луч света 1, падающий нормально на переднюю грань С, испытывает внутри уголкового отражателя три полных внутренних отражения и возвращается по направлению 1'. Падающий 1 и отраженный 1' лучи остаются параллельными при т, небольших перекосах призмы, т. е. при разных углах падения на грань С. Подвижной уголковый отража- 1 тель Т, не связан жестко с остальными частями оптической системы, -Р и движение его сопровождается малыми перекосами. Однако благо- эуу даря упомянутому выше свойству уголкового отражателя это не приводит к разыостировке интерферометра.
Расстояние Мз Тх ж 25 см, а Рнс. 8.48. Схема установки с интер- М Т, 10м (см. рис. 5.43). для феронвтРон Майксаьсона дяя иаучв. приблизительного уравнивания ин- ния нестационарной интерференционтвисивНОСтн ИнтсрфсрируЮщИХ лу- иеетаннонарноеть возникает вследствие чей в плечо М,Т, введен нейтраль- движения етравателя Г, ный фильтр Ф,. Перед фотоумножителем (ФЭУ) установлен светофильтр (Ф,), обеспечивающий известное снижение уровня шумов на выходе ФЭУ, откуда сигнал через разделительный конденсатор подается на осциллограф.
Существенную роль играет небольшая диафрагма О,. Специальное сканирующее приспособление позволяет перемещать уголковый отражатель Т, с постоянной скоростью 4-о на расстояние ж 3 ем, Весь механизм, установлен на отдельном столе, который можно удалить от интерферометра на расстояние до 15 м. В результате интерференции волн, отраженных от покоящегося Т, и движущегося Т, отражателей, возникает нестационарная интерференционная карРнс з 4э У"ояко тина (бегущие интерференционные полосы).
На экране осциллографа появляется отчетливый сигнал, имеющий вид синусоиды (рис. 5.50). Синусоида пропадает, если перекрыть одно из зеркал. В этом случае интерференционный член равен нулю и интерференция отсутствует. Если остановить движение уголкового отражателя Т„то синусоида на экране осциллографа также пропадет. Полосы перестанут бежать, возникнет стационарная интерференционная картина, которую надо наблюдать другим методом. Из вида синусоиды нетрудно определить скорость движения зеркала (см. гл. ЧП.). Наиболее интересна выявляющаяся в описываемом 187 эксперименте возможность получения отчетливой интерференционной картины при большой разности хода (Л)20м). Это говорит о том, что длина когерентности для газового лазера велика (много больше 20 м), а время когерентности значительно превышает Л(с = 10-'с.
По существующим в литературе оценкам, пользуясь газовыми лазерами, можно наблюдать интерференцию при разности хода, превышающей несколько километров, что открывает возможность интересных приложений. Конечно, такие эксперименты требуют чрезвычайно тонкой юстировки и часто оказывается трудным обеспечить хорошее отношение сигнал(шум. Интерферометр Майкельсона с движущимся зеркалом применяют также лри изучении спектрального состава немонохроматического излучения. Для этого он освещается исследуемым излучением, а получившаяся на выходе кривая подвергается Фурье-анализу и тем самым преобразуется в распределение интенсивности по чаРис.
8.80. Осциллограмма, характеризующая иестациоиариую ии- стогам. Рассмотренная модификация терфереициоииую картину, ио ко- интерферометра Майкельсона пред- торой может быть оцределеиа сио- ставляет собой простейшую модель рость движеиия отражателя Гя так называемогоФурье-слекглролгет(тп. В современных приборах подобного типа анализ суммарной кривой проводится быстродействующими электронными машинами. Эта методика исследования, в которой отсутствует спектральное разложение изучаемой радиации, обладаег рядом особенностей и находит в последнее время все более широкое применение при решении различных физических задач.
На рис. 5.51 приведены результаты, которые должны получиться при записи двух квазимонохроматических сигналов (на частотах тт и та и суммы Хтя) как обычным способом (спектральное разложение), так и методом Фурье-спектроскопии. Мы уже обсуждали (см. (5.17)) применение преобразований Фурье при переходе от записи Яе Р (1) к частотному разложению и усматриваем полную аналогию между рис.
5.6 и двумя частями рис. 5.51, а, б. Сложнее выглядит суммарная интерферограмма Хт„(рис.5.51, в).Также как и более простые графики в верхней части рисунка, она не является непосредственным представлением исследуемого спектра суммарного колебания, но однозначно связана с ним. Чтобы найти этот спектр, представленный в левой части рис.
5.51, в, надо провести Фурье-анализ интерферограммы. В некоторых случаях такая сложная методика оказывается более эффективной, чем прямой анализ спектра. В 8 6.7 будет подробно рассмотрена связь между экспериментальной методикой получения спектра и математическим разложением функции Р (1) по гармоническим составляющим. Метрологические приложения интерферометрического метода весьма существенны и отражают прогресс науки и техники, достигнутый в ХХ в.
Хорошо известно, что использование в качестве первичного 188 эталона длины метрового платинового стержня, хранящегося в Париже, представляло ряд неудо с в. р бств. Более эффектно выглядела возможность определить путем п последовательных интерферс)метрических измерени , сколько дл й длин волн какой-либо спектральной линии у д кла ывает- м п иве енн ся в одном мог метре, и затем считать первичным эталоно р д ую к вакууму длину волны Ло этой линии, излучаемой стандартным источником света. Принципиальная схема таких измерений довольно У проста. Надо определить а) число длин волн, укладывающихся в какой-то стандартной мере.
Эту меру (в первичных экспериментах — пластину толщиной 1 = 0,39 мм) прикладывают к зеркалу интерферометра с и наблюдают, как сместит- т 1) ся интерференционная кар- н тина, т. е. считают число хил максимумов, которое пройдет в поле зрения при возвращении к исходной интерференционной картине путем отодвигания подвиж- У ного зеркала на отрезок Рнс.
5.5П Результаты исследования двух кватаким же образом сравни" аямонохроматических сигналов частот тс (а), т с д гей, примерно т, (б) и суммы Хт„(а) прн спектральном рави . ж нии (левая часть рисунка) и методом Фурье-спектроскопии (правая часть) и н т.. ложени Таким способом в результате длительных и трудоемких измерений было определено число длин волн, укладывающихся Однако окончательное решение проблемы о выборе эталон д а лины потребовало нескольки р б ких десятилетий интенсивной научной работы, п епроводивше ся в ряде й лабораторий мира. Это понятно, так как ер- ап инход к новому эталону дли ну длины не может базироваться только на пр б ажениях общего характера и требуетдетального а наципиальных соо ражени ся малой пог ешлиза погрешности предлагаемого метода. А добиться м р сложных и многоступенчатых измерений и стандартизи- овать условия опыта оказалось совсем не прост .
ровать у протяжении почти полувека ека в таких экспериментах использовалась 1964 г. Майкельсоном красная линия кадмия. Лишь в 1 г. исследованная а кел ять в качестве эталоМеждународный конгресс мегрологов решил принят на длину волны оранжевой линии (Л = 6066 А) изотопа криптона с массовым числом, котора 86, я позволяет обеспечить несколько ббльшую 189 точность интерферометрических измерений. Было установлено, что в одном метре укладывается 1 650 763, 73 длины волны в вакууме этой линии изотопа криптона, и тем самым был определен первичный стандарт длины, с которым должны сравниваться все вторичные стандарты.
Следует указать, что в последующие годы эти измерения проводились не на интерферометре Майкельсона, а методами многолучевой интерференции (см. 9 5.9). Закончим на этом изучение двухлучевых иитерферометров, хотя многие их приложения остались вне нашего поля зрения. Но изложенного материала вполне достаточно, чтобысделать определенный вывод о широких возможностях интерферометрического метода. Для того чтобы оценить преимущества и недостатки описанных устройств, надо сравнить их с интерферометрами, в которых взаимодействует большое количество пучков. й 5.9.
ИНТЕРФЕРОМЕТР ФАБРИ вЂ” ПЕРО Переходя к описанию многолучевых интерферометров, ограничимся элементарной теорией интерферометра Фабри — Перо. Это пожалуй, самый простой и вместе с тем весьма эффективный прибор такого типа. В дальнейшем будет кратко рассказано о возможных применениях интерферомстра Фабри — Перо, а сейчас обратимся к выводу основных соотношений. Исследуем интерференцию многих световых пучков, возникающую при прохождении плоской монохроматической волны через плоско- параллельную диэлектрическую пластинку Ем с толщиной 1 и показателем преломления Р ' ' сл, ' и (рис. 5,52). Показатель преломления среды вне пластинки обозначим и'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
