Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Так, например, центром всех колец будет точка О, в которой сходятся лучи, упавшие нормально на пластинку РР. Лучи эти, из какой бы точки источника они ни исходили, дают после отражения от пластинки пучок параллельных лучей 1, 2, ... и затем собираются линзой в точке О экрана. В фокальной плоскости линзы Х.г образуется система интерференционных колец с центром О, Увеличение размеров источника позволяет увеличить общую интенсивность интерференционной картины, сохраняя прежнюю отчетливость и резкость максимумов и минимумов.
Конечно, если пластинка РР имеет значительную толщину, то систему колец можно наблюдать только при достаточной морохроматизации света источника, что разъяснено в ~ 21. При увеличении толщины пластинки расстояние между соседними максимумами, т.е. ширина интерференционных полос, становится меньше. То же будет наблюдаться при переходе к пластинке той же толщины, но с меньшим показателем преломления, например при замене стеклянной пластинки воздушным слоем той же толщины (см.
упражнения 26 и 27). Все эти выводы особенно легко получить, рассматривая точечный источник и определяя расстояние э1,э2 между изображениями источника в верхней и нижней поверхностях пластинки. Если пластинка не строго плоскопараллельна, и имеет в разных местах не вполне оди- ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕ"ГА наковую толщину, то при отражении от разных мест пластинки мы получим несколько различные расстояния 515~, Следовательно, интерференционные полосы, образовавшиеся благодаря отражению от разньгх мест пластинки, бу- 5 дут иметь несколько различ- ную ширину и, следователь- 5 но, вся картина станет менее контрастной, чем при строго плоскопараллельной пластинке. Если полосы равного наклона рассматривать глазом, аккомодирооапным на бесконечностиь., то благодаря малому размеру зрачка (3 — 5 мм) в центре поля зрения будет видна система колец, обусловленная действием небольшого участка А О В пластинки АОВ (рис.
6.7). При перемещении пластинРис. 6.7. Схема установки для интерфе- ки будет работать другой ревционного метода контроля плоскопа- ее участок. Если пластинраллельности пластины: Я вЂ” ртутная лам- ка строго плоскопараллельпа; à — светофильтр: ММ вЂ” стеклянная на, то толщина различных пластинка; РР— испытуемая пластинка; участков одинакова и раз- С глаз наблюдателя меры колец остаются неиз- менными при перемещении пластинки. В противном случае они меняются, увеличиваясь при переходе к более тонким участкам. Этот прием является одним из наилучших методов контроля плоскопараллельности пластинок.
Источником света служит ртутная лампа; выделяя с помощью светофильтра одну из линий спектра этой лампы, обычно зеленую, получаем монохроматический источник (ЬЛ 0,01 нм), позволяющий исследовать пластинки значительной толщины. Глава У11 ИНТКРФКРКНЦИОННЫК ПРИБОРЫ И ПРИМКНКНИЯ ИНТКРФКРКНЦИИ й 28. Интерферометр ~Камена Рассмотрим теперь прибор, существенная часть которого состоит из двух идентичных плоскопараллельных пластинок толщины и, с показателем преломления п (рис.
7.1). При падении пучка света на первую пластинку часть лучей отразится от передней грани пластинки, а часть, преломившись. отразится от задней грани: таким образом, из первой пластинки выйдут два пуч- гл. уп. интеРФеРепциО11ные НЕ'иьОРы 121 ка, идулцих на некотором расстоянии друг от друга„каждый пучок, попадая на вторую пластинку, опять раздвоится, и из второй пластинки выйдут уже четыре пучка, но так, что второй и третий наложатся друг на друга, Разность хода в них равна (см, ~ 25) Ь = 26псовг1 — 26п,сонг~ —— = 26п(сов гл — сов г2). 128.1) Если пластинки установлены параллельно друг другу, т.е. гл =г~, то (28.2) Если же пластинки составляют некоторый угол, то Ь ф О.
Так как гл мало отличается от г., то, обозначая гл = г2 через г и (г2 — г1 ) через Й., получим 128'З) Рис. 7.1. Схема иитерферометра Вводя вместо угла преломления г и разности дг = г2 — гл соответствующие величины, выраженные через угол падения г и разность й = г~ — г1 — — в, где я — угол между пластинками, найдем на основа- СОВ 1, нии закона преломления (пвлпг = н1пг) й = " ' й. При обычных п сов г условиях, когда 1 и 45' и и = 1,5. дг й/2 = я/2. Таким образом, для световых пучков, падающих в плоскости, перпендикулярной к обеим пластинам, ,Ь = 26п а1п г й 6е яп 1,, ~28.4) где е — угол между пластинками.
При освещении первой пластинки ппралявяьпым пучком лучей одной длины волны мы получим более или менее интенсивный свет в зависимости от разности хода Ь выходящих лучей. При освещении белым светом пластинка будет казаться нам равномерно окрашенной. При освещении же расходяи1и ися пучком лучей мы увидим в фокальной плоскости объектива, помещенного на пути лучей 2 и 3, систему интерференционных полос, соответствующих данному г, т.е. полосы равного наклона. Лучи 1 и 4 не попадают в оправу объектива.
Мы получим максимум для лучей тех направлений, для которых .Ь = 6я влп1, '= т,Л/2, где т — четньге числа. Для направлений, соответствующих нечетным значениям тп, будет наблюдаться минимум. Угловое расстояние между полосами определяется изменением угла г на величину Ьл, при котором разность хода меняется на Л, т.е. 6всозгЬг = Л или Ьл = Л ~28.5) Ье сов л Отсюда следует, что расстояние между полосами возрастает при увеличении длины волны и при уменьшении угла между пластин- 122 ИПТЕНФЕНЕЕЩИЯ СВЕТА ками ~).
Разность расстояний между полосами для различных длин волн очень мала для первых порядков интерференции, т.е. для интерференции, соответствующей разности хода в 1, 2. 3, ... полуволны; с увеличением же порядка интерференции эта разница становится уже значительной. Поэтому центральная полоса, соответствующая разности хода О, кажется нам белой, а соседние места минимумов черными, т.е. места первых минимумов для всех длин волн (цветов) практически совпадают; полосы же, соответствующие ббльшим разностям хода, представляются цветными, ибо для них минимум для одних длин волн совпадает с максимумом для других.
Белую полосу можно наблюдать, когда ребро двугранного угла между пластинками горизонтально. Прибор, основанный на описанном принципе, носит название интерферометра Жамена и осуществляется в виде двух хороших плоскопараллельных пластинок толстого весьма однородного стекла, смонтированных на массивной плите.
Для установки пластинок на параллельность прибор снабжен специальными установочными винтами. Наблюдение интерференционной картины ведется в зрительную трубу, сфокусированную на бесконечность. Пластинки интерферометра Жамена об~~~о располагают почти параллельно, так что наблюдаются широкие интерференционные полосы. Сами пластинки делаются толстыми (20 мм и более) с тем, чтобы по возможности далеко разделить пучки 1 и 2 и тем обеспечить возможность изменять условия на пути одного из лучей, не задевая другого (см. ниже). Можно заменить каждую из толстых пластинок двумя тонкими пластинками.
отражающие поверхности которых металлизированы. Пластинки эти располагаются на местах передней и задней поверхностей толстой пластины. Передняя пластинка покрывается полупрозрачным слоем металла, задняя плотным, хорошо отражающим слоем. Другими словами, получается «толстая пластина воздуха». Такая схема была применена Д.С. Рождественским с целью раздвинуть интерферирующие световые пучки. Другим преимуществом подобной схемы является уменьшение поглощения ультрафиолетового излучения.
Изготовляя тонкие пластинки из кварца или флюорита, можно получить интерферометр, пригодный для измерений в далекой ультрафиолетовой области. Для того чтобы иметь возможность скомпенсировать значительную разность хода. которая может получиться вследствие различий в трубках, помещаемых на пути двух лучей, в приборе Жамена применяют компенсатор, состоящий из двух одинаковых стеклянных пластинок, причем наклон одной из них можно плавно изменять, Его изменение позволяет очень тонко и плавно компенсировать разность хода обоих пучков в толще пластинок.
Поместим на пути одного из лучей интерферометра Жамена слой какого-либо вещества с показателем преломления иным, чем у окру- 11 ) Кспи при вычислении Лг вместо соотношения (28.4) использовать более точное (28.3), то Ьз оказывается примерно в 4 раза больп1е, чем в (28.5), однако зависимость от Ь н е остается прежней, Гл. чп. интеРФБРенциОнные ИРиБОРы жающего воздуха, например тонкую пластинку стекла или слюды или столб какого-либо газа. Пусть толщина внесенного слоя равна! и показатель преломления па, а показатель преломления воздуха равен п~.
Тогда разность хода между интерферирующими лучами в приборе изменится на н2! — п~! = 1(п — п~). Если внесенная разность хода, выраженная в длинах волн Л исследуемого монохроматического света, равна тЛ, то вся интерференционная картина сместится на т полос, где т может быть и дробным числом ). Измерив это смещение, мы определим значение ж. Опыт показывает, что смеяцение па 1,110 полосы (т = 1/10) наблюдается вполне уверенно и без труда. Пользуясь соотношением 1(п2 — п~) = тЛ и определив т, можно вычислить Ьп = п~ — п~ — изменение показателя преломления вещества при сделанной замене. Толщину слоя ! можно сделать довольно значительной (например, 10 см), так что при Л = 5 10 ~ см = 5000 А наблюдаемое изменение Ьи.
удается довести до одной полумиллионной. В специальных установках наблюдались гораздо меныпие изменения показателя преломления. Таким образом, интерферометр Жамена можно использовать для определения ничтожного изменения показателя преломления, например при изменении температуры газа или прибавлении посторонних примесей. В соответствии с этим его нередко называют ингперференционным рефрактометром. Как показано выше, он крайне чувствителен к незначительным изменениям показателя преломления. Однако определение абсолютного значения самого показателя преломления при помощи этого прибора довольно затруднительно.
Обычно его применяют таким образом, что сравнивают интересующий нас газ с каким-либо хорошо изученным газом, например, воздухом. й 29. Интерферометр Майкельсона Существуют весьма многочисленные устройства, осуществляющие расположения, необходимые для получения интерференционных картин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
