Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 33
Текст из файла (страница 33)
В 1960 г. Генеральная конференция по мерам и весам приняла решение о замене метра новым эталоном длины. Ва основу была выбрана оранжевая линия одного из изотопов криптона (Кгвв): после тщательного сравнения длины волны этого излучения с длиной метра по определению принято 1 м = 1650763,?ЗЛ, Кг . Длина волны этого излучения в 8в вакууме Л = 6057,8021-10 ш и.
Для так называемого стандартного воздуха (давление 760 мм рт. ст., температура 15 'С, содержание СОд О,ОЗЯ~) длина волны этой линии Л„,,д — — 6056,12525 10 ш м. Строго определены условия возбуждения эталонного излучения,при которых должен находиться источник света: газоразрядная лампа с ГЛ. УП. ИН'ГЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ горячим катодом, наполненная изотопом криптона Кг~~ (чистотой более 99%) и охлаждаемая до температуры 63 К (тройная точка азота). Оговорены диаметр разрядной трубки, плотность разрядного тока и т.п.
Практика показала, что относительная точность воспроизведения эталонной длины волны составляет 1 10 Значения длин волн некоторых особенно хорошо исследованных линий, принятых в качестве вторичных нормалей, даны в табл. 7.1. Таблица 71 Длины волн вторичных нормалей Вторичные нормали получаются путем интерферометрического сравнения с длиной волны эталонной оранжевой линии Кг~б. Такое сравнение было выполнено в ряде лабораторий различных стран (СССР, США, Канада и др.), и последняя колонка таблицы дает представление о расхождении результатов проведенных измерений. Монохроматичность излучения некоторых газовых лазеров составляет (в относительной мере) 10 1" и даже 10 ', что существенно лучше монохроматичности эталонного излучения (приблизительно 10 7).
Однако воспроизводимость длины волны излучения этих лазеров (т.е. степень совпадения длин волн у лазеров, построенных в различных лабораториях) в настоящее время, по-видимому, не превосходит воспроизводимости эталонной длины волны. Можно думать, что усовершенствование лазерной техники и углубленное исследование причин, влияющих на абсолютную величину длины волны их излучения, приведет к переходу на новый, лазерный эталон длины. 32.
Некоторые применения интерференционных методов исследования В настоящее время не только научные, но и технические измерения требуют определения длин с очень большой точностью. В качестве образцов (эталонов) для измерения длин с большой точностью 134 итт'т'еРФне'нетция све"гА приметлякттся так называемые концевые меры, или плиптки Иогансона, представляющие собой стальные пластиттки различной толтцины, противоположные поверхности которых превосходно отполированы и сделаны строго плоскими и параллельными друг другу.
Имея набор тактлх плтлток, можно, плотно прижимая (притирая) их друг к другу, составлять комбинации различной длины, определенные с очень большой точностью, о которой дают представление следующие цифры: Длина концевой меры в мм 1 10 50 100 1000 Допустимые отклонения в мкм 0,1 0,1 0,2 0,3 2 Для достижения такой точности при тлзготовлении концевых мер и проверки их применяют интерференционные методы. Существует много разновидностей эттлх методов, сущность которых сводтлтся к осуществлению интерферометра типа Ътайкельсона тлли Фабри — Перо, одной тлз отражающтлх поверхностей которого является поверхность исследуемой концевой меры, а толщтлна концевой меры определяет расстояние до второй отражающейт поверхности (иногда вводятся еще дополнительные зеркала).
Существуют разнообразные интерференционные компараторы этого рода, пртлспособленные для сравнения длин двух концевых мер или для абсолютного определения их. Компараторы такого рода, применяемые в лучших государственных метрологических лабораториях, позволяют определять меры до 100 мм с ошибкой от 0,010 до 0,005 мкм тл меры до 1000 мм с ошибкой от 0,1 до 0,05 мкм. Интерференционная методика позволяет наряду с точными измерениями расстояний определять также с большей точностью качество полированной поверхности. Чрезвычайно большая точность в изготовлении поверхностей зеркал, линз и призм является необходимым условием создания современных высокосортных опттлческих инструментов.
В лучших оптических системах отклонение этих поверхностей от заданных не должно превышать десятых и даже сотых долей длины волны. Наиболее подходящими методами для испытания качества подобных поверхностей служат интерференционные методы, уже давно получившие широкое распространение в оптико-механическотл промьппленности. Обычно применение интерференцтлонных методов основано на употреблении образцового эталона, сделанного с больптой тщательностью. Накладывая со всеми необходимыми предосторожностямтл (устранение пылинок, выравнивание температуры) на заданнуто эталонную поверхность тлспьттуемую (рис. 7.10), мы получаем между эттлми поверхностями тонкую воздушную прослойку, дающую в отраженном свете отчетливую интерференцтлонную карттлну. По форме интерференцтлонных полос и их ширине можно судтлть о недостатках изготовленной поверхности и видеть, какие участки отступают от заданной формы, в какунт сторону (выпуклость или вогнутость), тл приблизительно оценить величину отступлений.
Если несовершенство испытуемой поверхности очень невелтлко, то интерференционные кольца будут широкими, а в отсутствие отступлений вся поверхность будет иметь равномерную окраску. 135 Гл. уп. интеРФеРеллциОнные ИРиБОРы При проверке плоских поверхностей очень удобно сложить эталонную и испытуемую поверхности так, чтобы между ними осталась клинообразная воздушная прослойка с очень малым углом (для этого достаточно с одной стороны несколько прижать друг к другу сложенные поверхности).
Полосы равной толщины между идеальными плоскостями должны иметь вид прямых, параллельных ребру клина. ~lЯЦ1~~Я~~!1А+/ з Рис. 7.10. Интерференционный метод контроля поверхности: Р— испытуемая пластинка; Э вЂ” эталонная пластинка; вверху — схематическое изображение интерференционной картины (линии равной толщины) Малейшие отступления от плоскости ведут к искривлению этих прямых, очень заметному и характерному: ПО его Виду легко Отличить «впадину» от «бугра» и изхлерить отступление от плоскости с точностью от 0,01 мкм. Меняя поло>кение ребра клина (нажимая то с одной, то с другой стороны), можно быстро исследовать качество поверхности по всем направлениям.
При очень тщательных ллсследованллях поверхности следует применять почти нормальные пучки и пользоваться монохроматическим светом,. для того чтобы повысить резкость интерференционных картин. Если посеребрить поверхность испьлтуемой пластины и пробного стекла, то благодаря многократному отражению будут наблюдаться еше более узкие и резкие полосы, что позволяет повысить точность контроля до 0,003 мкм (М.Ф. Романова, 1932 г.; Толанский, 1944 г,).
Проверяемые поверхности отделяются при этом тонкой воздушной прослойкой. Существуют интерферометры (В.П. Линник, Твайман), предназначенные для контроля качества готовых оптических систем (объектллвов), причем контролируется не только качество обработки поверхности, но лл однородность стекла, из которого изготовлена система. При испытании поверхностей большого размера (до нескольких метров) пробное стекло, конечно, не применимо.
В.П. Линник постро- и1п'енФее'енция светА ил интерферометр, в котором свет падает очень наклонно на болыпую поверхность, благодаря чему сильно уменыпается сечение отраженного пучка и становится возможным осуществлять интерференционные наблюдения. Интерферометр Линника позволяет контролировать с точностью до 1 мкм нрямолинейность поверхностей длиной до 5 м. Интерференционные методы широко применяются также для контроля чистоты обработки металлических поверхностей.
К приборам такого рода принадлежит микроинтерферометр В.П. Линника, упомянутый в ~ 29. Явление интерференции в тонких пленках используется в ряде приборов как чувствительнейший метод, позволяющий судить о ничтожном изменении толщины какой-либо воздушной прослойки. Так, в дилатометре Физо- Аббе незначительное тепловое расширение влечет за собой изменение толщины воздушной прослойки между испытуемым телом и эталонным стеклом. Дилатометр в наиболее совершенной форме содержит кольцо К из плавленого кварца (его термические свойства хорошо известны), на котором лежит эталонная стеклянная пластинка Р (рис. 7.11).
Внутри кольца помещается испытуемое вещество В в виде столбика с пра- вильно отполированными плоскостями. М Тонкий воздушный зазор ЛХ (обычно кли- Ш р нообразный) между поверхностями освещается монохроматическим светом и дает интерференпионную картину. 'я', к При нагревании вследствие различия в коэффициентах расширения К и Л толщина зазора ЛХ меняется, благодаря чему происходит смещение интерференционных полос, отмечаемое при помощи метки т.
Смещение полос на одну ознаРис. 7.11. Схема интерфе- чает изменение разности хода на Л, т.е. ревционного дилатометра изменение воздушного зазора на Л/2. Та- ким образом, наблюдая за интерференционной картиной, можно точно измерить изменение толщины зазора и отсюда вычислить коэффициент расширения. При точных измерениях этого рода приходится учитывать зависимость показателя преломления воздуха от температуры. Метод контроля плоскопараллельных пластинок был описан в ~ 27. Как уже упоминалось выше (см. ~ 28), интерференционные методы дают возможность с больпюй точностью определять ничтожные изменения показателя преломления, влекущие за собой изменение оптической длины пути, и, следовательно, смещение интерференционной картины. Кроме упомянутого уже рефрактометра Жамена, для этой цели служат многочисленные интерференционные рефрактометры, имеющие технический характер и приспособленные для измерения небольших вариаций показателя преломления газов и жидкостей, вызванных примесями (например, технический интерферометр для определения состава газов в шахтах или анализа ничтожных количеств солей, рас- ГЛ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
