Учебник - Общий курс физики. Оптика - Сивухин Д.В. (1238764), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Ближайший минимум наступал при И = 1470, следующий максимум при М = = 1960 и т. д. Физо сумел заметить 52 таких максимума. На этом основании он пришел к заключению, что желтая линия натрия— двойная, т. е. состоит из двух близко расположенных спектральных линий с длинами волн А и Х' ) А, Легко найти расстояние между этими линиями ) ' — А. Как было показано в 3 30, первое исчезновение видимости интерференционных полос происходит при условии А' — Х = ),!2Л'. По наблюдениям Физо Ж =- 490, Средняя длина волны желтой спектральнойлинии натрия ж 589,3 нм.
Поэтому Х' — А = 0,6 нм. Згот пример показывает, как интерференция высокого порядка может быть использована для разрешения сложных спектральных линий, состоящих из двух близко расположенных линий. в 34. Интерферометр Жамена 1. Интерферометралш называют оптические измерительные приборы, основанные на интерференции света. Они позволяют с высокой степенью точности измерять линейные и угловые расстояния, малые разности показателей преломления, исследовать структуру спектральных линий и т.
п. Принцип действия интерферометров в основном один и тот же. Но в зависимости от предназначения им придаип различные конструкции. 2. Интгрферометр Жпмена (1818 — 1886) состоит из двух толстых (толщина не менее 20 мм) плоскопараллельных пластин Р, и Р„ изготовленных из весьма однородного стекла и смонтированных на массивной плите (рис.
137), для исследований в далекой ультрафиолетовой области спектра пластины изготовляются из кварца или флкюрита. Чтобы обе пластины имели строго одинаковую толшину, они вырезаются из одной и той же пластины. Пластины устанавливаются приблизительно под углом 45' к линии, соединяккцей кх центры. угол между пластинами можно менять с помощью 236 !гл.
Еп ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА специальных установочных винтов, поворачивающих пластины вокруг вертикальной и горизонтальной осей. Чем меньше этот угол, тем шире интерференционные полосы. Задние отражающие поверхности пластин посеребрены. Луч света ВА, отразившись от передней и задней поверхностей пластины Р„разделяется на два параллельных луча АВ и С'0', между которыми возникает разность хода. Каждый из этих лучей в свою очередь раздваивается при отражении от пластины Р,.
Между средними лучами 0Е и 0'Е' возникает разность хода (34.1) б = 2дп (соз ф, — соз 4,), где Й вЂ” толщина пластин, ф, и ф2 — углы преломления в них, п — показатель преломления пластин относительно окружающего воздуха. Таким образом, иа величину Л пластины влияют противоположно. Потери фаз при отражении в формулу (34.1) не входят, так как они одинаковы для обоих интерферирующих лучей и ком- пенсируют друг друга.
5 Если фт = ф„то Л = О. Если же угол между пластинами мал, то и разность хода невелика. Это позвоб ., ляет наблюдать интерференцию низкого порядка, используя белый свет. Лучи Г в' з 0Е и0'Е' будут интерфе- У рнровать так же, как и соответствующие лучи в случае только одной, но тонкой плоскопараллельной пластинки. Назначение двух тол= етых пластин состоит в том, чтобы далеко развести лучи Рис. 137. АВ и С'0', что позволяет ставить на пути этих лучей трубки с исследуемыми газами. Разность хода между средними и крайними лучами, а также между самими крайними лучами очень велика, и интерференцию в белом свете от этих лучей получить невозможно. Источником света обычно служит освещаемая вертикальная щель шириной около одного или нескольких миллиметров, прикрываемая матовым стеклом.
Невооруженным глазом видны три изображения щели. Самое яркое (справа) дают лучи, дважды отразившиеся от задних посеребренных поверхностей пластин. Среднее, промежуточной яркости; образуется лучами 0Е и 0'Е'. Наименее яркое (слева) соответствует лучам, дважды отразившимся от передних поверхностей пластин. Если фиксировать глаз на сред- пнтеРФееометР жхмвнх 237 нем изображении и вращением установочных винтов менять разность хода, то в белом свете можно получить цветные интерференционные полосы низкого порядка.
Центральная ахроматическая полоса, т, е. полоса, которой соответствует разность хода Л = О, получается белой. Наблюдая эту полосу, можно легко следить за смещением интерференционной картины. Так как разность хода Ь зависит от направления падающих лучей, то в интерферометре Жамена получаются полосы равного наклона. Для их наблюдения удобно воспользоваться зрительной трубой небольшого увеличения, но большого поля зрения, установ. ленной на бесконечность.
Применение трубы не только увеличивает ширину полос, но и обладает еще тем преимуществом, что в трубу не попадают крайние лучи СН' и ВН, создающие светлый фоп и сильно уменьшающие контрастность интерференционных полос. В лекционных дезюпстрациях интерферепционные полосы можно получать без дополнительных оптических приспособлений, направив лучи РЕ и Е/'Е' непосредственгю на белый экран. Крайние лучи при этом должны 'быть экранированы. 3. Интерферометр /Камепа предназначен для измерения небольших изменений показателей преломления. Поэтому его называют также интсрференционыыл рефрактометром.
Для уяснения принципа действия такого рсфрактометра вообразим, что пз п!тп одного пз интерферирующих лучей АВ или С'0' (рис. 137) помещен плоско- параллельный слой какого-либо вещества толщины / с показателем преломления и,. Тогда разность хода между интерферирующнми лучами изменится на величину (а, — и,) /, где и, — показатель преломления окружающего воздуха. В результате интерференпнонная картина сместится на и полос, причем ю = (л, — и,) Ль. Число ги (вообще говоря, дробное) можно найти, наблюдая интерференционные гюлосы в белом свете до и после внесения исследуемого вещества.
Опыт показывает, что смещение па 1/1О полосы (и = = 1/!0) наблюдается вгюлне уверенно и без труда. Разность показателей преломления можно вычислить по формуле и, — и, = тх//. Если толщина слоя вещества / = !О см, а Х = = 500 нм, то при т = 1/10 получаем и, — и, = 5 10 ' 10 '. В специальных установках измерялись гораздо меньшие изменения показателя преломления. Интерферометр Жамена позволяет, таким образом, измерять ничтожные изменения показателя преломления, например, при изменении температуры газа или при добавлении к нему посторонних примесей.
Измерение самих абсолютных значений Показателя преломления этим прибором затруднительно. Обычно его используют для измерения разности показателей преломления исследуемогц и хорошо изученного газа, например воздуха. При практических измерениях на пути лучей АВ и С'0' ставятся по возможности одинаковые трубки. Сначала наблюдаются интер- 238 [ГЛ 11! ннтеРФегсиц!1я светя ференционные полосы, когда обе трубки наполнены воздухом. Затем измеряется смещение полос интерференции, когда одна из трубок наполняется исследуемым газом. Для компенсации значительной разности хода между ннтерферирующими лучами служит компенсатор. Оп состоит пз двух совершенно одинаковых стеклянных пластинок, насаженных на общую ось, причем угол наклона между пластинками можно плавно менять. Одна из пластинок ставится на пути одного, вторая — на пути другого лучей.
Вращая компепсатор при неизменном угле наклона между пластинками, можно привести в поле зрения центральную ахроматическую полосу, а за~ем по углу поворота определить число полос, прошедших через поле зрения. 4. Не так просто разобраться в вопросе о форме интерференционных полос, наблюдаемых в интерферометре Камена. Для упрощения исследования этого вопроса введем несущественное. предположение, что п = 1.
Такому предположению соответствует замена каждой пластины парой бесконечно тонких параллельных отражающих плоскостей (из которых одна посеребрена). Тогда вместо (34.1) получится более простое выражение: А = 21( (соз 2р2 — соз 2)1), Перейдем к векторной форме записи, обозначив через 72!1 и 1т2 единичные нормали к отражающим плоскостям, как это показано на рис. 137. Обозначим через 8„8,', 8 единичные векторылучей 54, ЛВ и ВН соответственно (те же векторы определяют направления и всех параллельных им лучей). Тогда соз 281 = (%181) = (и!181) > соз 2Р2 = (Л!28) По закону отражения 8,' = 8 — 2 (%28) Л!„а потому соз 1р, = — (йг18) + 2(М28) (М1й!2).
Следовательно, (' '71+ ~ 2) 8 111 (~~~28) ())!1~2)* Введем новые векторы У = — (М1+172), т = — (У2 — М1). ! 1 Из них первый направлен по биссектрисе угла между нормалями ,Ф1 и 1т'„а второй перпендикулярен к этой биссектрисе. Очевидно, й!1 = й! — т, А!2 = М+ ч. ,)1осле подстановки этих выражений в формулу для Л получим Ь = — 41( (1 — т2) (т8) + 41(т2. (34.2) » интеРФегомвтР жлмвнА 239 При работе с прибором угол между пластинами, а следовательно, и длина вектора ч всегда малы. Поэтому квадратичными членами, содержащими ч», в формуле (34.2) обычно можно пренебречь. 5. Для светлых полос А = тХ, для темных г» = («и + '/«) Х, где т — целое число (порядок интерференции).
Если для наблю. дения используется труба, то она сводит параллельные лучи в фокальной плоскости объектива, где и получается первичная интерференционная картина. Поле зрения трубы ограничено, так что используется лишь небольшой участок фокальной плоскости. При повороте трубы вокруг оптического центра объектива поворачивается и фокальная плоскость вместе с выделенным участком. Если последний мал, то без заметной ошибки можно принять все такие участки за элементы неподвижной сферы, центр которой совпадает с оптическим центром объектива. Назовем для краткости такую вспомогательную сферу фокальной сферой объеюпива. (Если объектив не является тонкой линзой, то все это можно повторить, заменив только оптический центр второй узловой точкой объектива.) Можно сказать, что первичная интерференционная картина как бы создается на неподвижной фокальной сфере, а наблюдатель рассматривает эту картину через окуляр трубы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
