Учебник - Общий курс физики. Оптика - Сивухин Д.В. (1238764), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Поворачивая трубу, он видит на фокальной сфере различные участки интерференционной картины. Разумеется, вид картины совершенно не зависит от того, вокруг какой точки вращалась труба, он определяется только направлением последней. Таким образом, вопрос о форме видимых полос интерференции сводится к вопросу о форме их на вспомогательной фокальной сфере. Практически, однако, вращение трубы всегда производится вокруг вертикальной осн. Поэтому наблюдению доступен только узкий экваториальный поясок на фокальной сфере. Его приближенно можно считать поверхностью цилиндра с вертикальной осью, проходящей через оптический центр объектива.
В дальнейшем ограничимся рассмотрением интерфсренционных полос только на таком «цилиндрическом фокальном пояске». Фиксировав положение пластин интерферометра, отложим векторы йг н м, а также единичный вектор луча в из общего начала О, помегценного в оптическом центре объектива. Направления этих векторов будут играть роль координатных осей, перпендикулярную к пим прямую примем за ось Л. Различные единичные векторы лучей э будем откладывать из того же начала О, Как видно из (34.2), на поверхностях равных фаз (чв) = сопя(, т.
е. эти поверхности представляют собой параллельные плоскости, перпендикулярные к вектору т. Среди этих плоскостей находятся и равноотстоящие плоскости, на которых разность хода Л содержит целое или полу- целое число длин волн. Они пересекают фокальную сферу вдоль некоторых кривых, которые и представляют собой интерференционные полосы, наблюдаемые в трубу, Ввиду малости поля зрения» ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА [Гл. и! прн каждом положении трубы наблюдается лишь незначительный участок фокальной сферы, на котором интерференционные полосы практически неотличимы от прямолинейных. В интерферометре знамена первая пластина обычно неподвижна н установлена вертикально.
Вторую пластину можно немного поворачивать вокруг вертикальной и горизонтальной осей, параллельных отражающим плоскостям. Если пластины строго параллельны друг другу, то ч = О и Л = О. Следовательно, никаких интерференционных полос нет, все поле зрения освещено равномерно. В этом положении нормали Тт! и АГ„а следовательно, и вектор ДГ лежат в горизонтальной плоскости. Повернем теперь вторую пластину на малый угол вокруг вертикальной оси. Тогда вектор ч расположится в той >ке горизонтальной плоскости (рис. 138, а). Перпендикулярные к нему плоское!и а) Рис. !38 равных фаз вертикальны. Одна из таких плоскостей ВСЕЕ изображена на рис. 138, а. Она пересекает экваториальный цилиндрический поясок вдоль вертикального отрезка Ег". Следовательно, ннтерференциопные полосы, лежащие на этом пояске, будут вертикальны.
На схематическом рис. 138, а они представлены жирными отрезками. Ширина интерферепционных полос минимальна при наблюдении вдоль Ж и максимальна при наблюдении вдоль т. Однако фактически ось трубы ОР бывает направлена под углом ж45' к нормали Л!. Тогда вертикальные интерференционные полосы могут наблюдаться только в монохроматическом (квазимонохроматическом) свете, так как им соответствуют высокие порядки интерференции. Действительно, если наблюдение ведется вдоль дг, то (еч) = О, и формула (34.2) дает Л = 4ач'. Ввиду малости ч порядок интерференции получается низким. Нулевая полоса практически проходит через точку А. Когда труба направлена вдоль ДГ или близко к этому направлению, вертикальные интерференционные полосы можно увидеть и в белом свете. Но при удалении от этого направления скалярное произведение (че), а с ним и порядок интерференции возрастают.
24! интГРФегомзтР жлэ!енА $ 34! При повороте на угол ж45' порядок интерференции становится столь высоким, что веРтикальные интерференционные полосы в белом свете наблюдаться уже не могут. Исключение было бы только в случае очень малых т, когда порядок интерференции при любых положениях трубы низкий. Но тогда интерференционная полоса была бы столь широка, что не уместилась бы в поле зрения трубы.
Поэтому этот случай не представляет никакого интереса. Совсем иное положение возникнет, если вторую пластину из исходного положения повернуть вокруг горизонтальной осп. Тогда вектор т встанет вертикально (рис. !38, б), а перпендикулярные к нему плоскости равных фаз сделаются горизонтальными. Интерференцнонные полосы определятся, если пересечь такими плоскостями поверхность экваториального цилиндрического пояска.
На рис. 138, б они изображены жирными дугами окружностей, плоскости которых горизонтальны. При этом все они будут низкого порядка, а потому могут наблюдаться в белом свете, так как наблюдение ведется практически перпендикулярно к т, когда (тз) ж О. В поле зрения трубы будут видны практически прямолинейные горизонтальные полосы. Легко сообразить, что при наклоне вектора е интерференционные полосы сделаются также наклонными к горизонту. Но в белом свете могут наблюдаться только интерференционные полосы малого наклона. Для получения полос с большим наклоном надо пользоваться монохроматическим (квазимонохроматическим) светом, Все приведенные рассуждения можно повторить по той же схеме и не вводя предположения, что и = 1. Для избежания громоздкости вычислений надо только всюду ограничиться членами, линейными по т, отбрасывая все члены более высоких степеней.
При этом окончательные результаты не претерпят никаких существенных изменений. 6. Интерферометр знамена обладает рядом недостатков, делающих его непригодным в некоторых особенно тонких оптических исследованиях. Изготовить пластины толще 5 см из вполне однородного стекла с точно параллельными плоскостями практически невозможно. Поэтому и интерферирующие лучи АВ и С'Р' невозможно развести на расстояние больше -4 см. Но главный недостаток интерферометра Жамена состоит в том, что толстые пластины при освещении медленно прогреваются и медленно приходят в состояние теплового равновесия.
Это приводит к тому, что интерфеРенционпые полосы часами медленно ползут в поле зрения трубы. Крайне затруднена работа в ультрафиолетовой области, требующая Уникальных пластин из кварца или флуорита. Указанные недостат.ки устранены в интерферометре д. С. Рождественского (1876— 1940). Интерферометр Рождественского принципиально не отличается от интерферометра Жамена. Каждая пластина в нем заменена 242 пятен ьееенция светл ~гл.
ц~ комбинацией из двух параллельно установленных тонких пластинок М„Р, и М„Р, (рис, 139). Пластинки М, и М, посеребрены и выполняют роль зеркал. Пластинки Р, и Р„также посеребренные, полупрозрачны, они пропускают половину падающего света, а остальну1о половину отражают. КомбиР~ нация параллельных пластинок М„ Р, может поворачиваться на малый угол относительно другой комбинации также параллельных пластинок М„ Р,. Ход лучей в интерферометре показан на схематическом рнс. 139.
Прибор действует так же, как и интерферометр Жамена. В нем наблюдаются интсрференционные Р рг полосы равного наклона, Г Аналогично устроен построенный Рис. 139. несколько раньше интерферометр Ма- ха — Цендера. Отличие от интерферометра Рождественского состоит в том, что параллельно устанавливаются между собой зеркала М, и М„а также полупрозрачные пластинки Р, и Р,.
Одна пара пластин может поворачиваться на малый угол относительно другой пары. $ 35. Интерферометр Майкельсона С помощью интерферометра Майкельсона (1852 — 1931) впервые было проведено систематическое изучение тонкой структуры спектральных линий и выполнено первое прямое сравнение эталонного метра с длиной световой волны. Знзменитый опыт Майкельсона— Марли, целью которого было обнаружение движения Земли относительно эфира (см.
9 102), был выполнен также с помощью интерферометра Майкельсона. В настоящее время интерферометр Майкельсона устарел. Однако историческое значение указанных выше исследований, в особенности последнего, слишком велико. Поэтому необходимо хотя бы кратко остановиться на описании устройства я работы интерферометра Майкельсона. Схема интерферометра приведена на рнс. 140. Свет от протяженного источника 5 попадает на плоскопараллельпую разделительную пластинку Р„покрытую полупрозрачным тонким слоем серебра или алюминия.
Зпа пластинка частично пропускает, частично отражает свет, разделяя падающий пучок на два взаимно перпендикулярных пучка. Первый пучок, пройдя через пластинку Р„отражается обратно зеркалом М„а затем частично отражается от пластинки Р, в направлении АО. Второй пучон, отразив=, шись от покрытой металлом поверхности пластинки Р„направляется к зеркалу М„отражается от него, снова проходит через пластинку Р, и далее идет в направлении АО, как и первый пучок. 243 интеРФеРометР ИАякельсонА Таким образом, от одного и того же источника получаются два пучка лучей одинаковой интенсивности, идущих в зрительную трубу, где и наблюдаются иптерференционные полосы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
