1612045808-897604033167dc1177d2605a042c8fec (533738), страница 64

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 64)

Измерения обычно производят на втором или третьем от центра кольце, где дисперсия еше достаточно велика, но изменяется не столь быстро, как в центре интерференционной картины. На рис. 5.31 приведен образец такой спектрограммы для излучения изотопа урана-233. Каждое интерференционное кольцо расщеплено на шесть компонент. Такое расщепление спектральной линии ВОЗНИКаЕт, КаК ПОКаЗЫВаЕт тЕОрИя Структура линни а= в Зэцв нм атомных спектров, в результате изотопа урана-2ЗЗ взаимодействия магнитного момента атомного ядра с электронной оболочкой атома (сверхтонкая структура).

По характеру и величине сверхтонкого расщепления спектральных линий можно определить основные ядерные константы. В данном случае расщепление на шесть компонент свидетельствует о том, что момент импульса (спин) / ядра исследуемого изотопа урана равен /т (линия расщепляется на 2! + 1 = 6 компонент) . Интерферометр Фабри — Перо применяется в метрологии для сравнения длины волны излучения эталонного источника с длинами волн других спектральных линий. Наиболее точные сравнения концевых мер с первичным эталоном длины (излученнем оранжевой линии криптона-86) также производятся с помощью этого интерферометра. Ири исследовании формы контуров спектральных линий используют фотоэлектрическую регистрацию.

Фотоумножитель (в отличие от фотопластинки) не обладает способностью пространственного разрешения, поэтому для измерения распределения интенсивности в центр интерференционной картины помещают круглую диафрагму и каким-либо способом изменяют оптическую толщину пн интерферометра. Тогда через центр последовательно проходя~ максимумы разных порядков всех компонент исследуемой линии, и фотоумножитель регистрирует изменения проходящего через отверстие диафрагмы потока излучения. Размер диафрагмы выбирается так, чтобы вырезаемый ею спектральный интервал не превосходил существенно ширины отдельного максимума в монохроматическом свете — в противном случае уменьшится разрешающая способность (см. $ 6.6 ).

Сканирование обычно осуществляется изменением давления и, следовательно, показателя преломления газа, находящегося между отражающими поверхностями Оптическую толщину можно изменять и перемещением зеркал. Это достигается изменением электрического напряжения, приложенного к изготовленному из пьезоэлектрического материала распорному кольцу между пластинами. Ц 1968 г. А. М. Прохоров предложил использовать иитерферометр Фабри — Перо в качестве высокодобротного открытого резонатора для электромагнитных колебаний оптического диапазона. Такой резонатор был необходим для создания оптического квантового генератора.

Первый газовый лазер, осуществленный в 1961 г. А. Джаваном и др., представлял длинную газоразрядную трубку со смесью гелия и неона, помещенную внутрь резонатора, образованного плоскими зеркалами с очень высоким коэффициентом отражения (более 99Я). В открытом резонаторе лазера размеры зеркал много меньше расстояния между ними. Теория такого резонатора должна строиться с учетом потерь света в результате дифракции (см, э6.3) при ограничении площади поперечного сечения пучка света из-за конечных размеров зеркал. Этим она сущест- венно отличается от элементарной теории интерферометра Фабри — Перо, в которой поверхности зеркал предполага- ФЛ лись бесконечными.

(Впрочем, в обычных спектроскопических применениях интерферометра л, Л Фабри — Перо дифракция несущественна и предположения элементарной теории вполне Полосы прспусхания иитсрфсрсицисииого оправданны.) Впоследствии по ряду причин в газовых лазерах стали использовать открытые резонаторы со сферическими зеркалами, дифракционные потери в которых могут быть значительно меньше (см.

$6.4). Из других применений многолучевой интерференции отметим узкополосные оптические фильтры, пропускающие свет лишь в узком спектральном интервале вблизи заданного значения длины волны. Принцип действия интерференционного фильтра легко понять, представив себе интерферометр Фабра — Перо с очень малым расстоя.нием между отражающими слоями (от Х/2 до нескольких длин волн). При падении по нормали света с широким спектральным составом в проходящем свете возникает система максимумов (рис.

5.32), расстояние ЛХ между которыми определяется в соответствии с (5.81) оптической толщиной пЬ промежутка между отражающими слоями: ЛХ=Х~/(ай). Подбором й можно совместить один из максимумов с требуемым значением длины волны Х~. Например, при оптической толщине пй=з/тЛс получим о)с=Аз/5. Если Ха=500 нм, то соседние максимумы, лежащие при Хс~ЬХ, соответствуют Х,=400 нм и Х,=600 нм.

Они могут быть отделены от нужного максимума Хс с помощью обычного стеклянного цветного фильтра. Оставшийся максимум при достаточно высокой отражательной способности )1 зеркальных слоев может быть очень узок. Его ширина бХ, т. е. полоса пропускания интерференционного фильтра, меньше расстояния Ы между соседними максимумами в тс раз, где Š— резкость полос многолучевой интерференцел 1см. (5.76)]. При )1ж0,9 резкость Гж30, и при ЬХ=100 нм имеем ЬЛж3 нм. Из падающего по нормали белого света такой фильтр выделит вблизи Х =500 нм узкий спектральный интервал шириной порядка 3 нм.

Чтобы фильтр не давал заметного ослабления света в этой полосе, в качестве отражающих поверхностей используют многослойные диэлектрические покрытия. наблюдаемой с интерферометром Фабри — Перо интерференципиной кар- тине в проходящем свете? От От каких параметров, характеризующих интерферометр, зависит резкость полос? К Какими преимуществами обладают зеркала с многослойнымн диэлектриче- скими покрытиями по сравнению с металлическими? В чем заключается принцип их действии? Какие факторы ограничивают практически достижимую резкость полос в интерферометре Фабрн — Перо? Что такое днсперсионная область интерферометра? Как она зависит от его толщины? Почему в спектроскопических исследованиях интерферометр используют совместно с более грубым спектральным прибором? Как устроены интерференционные оптические фильтры? ДИФРАКЦИЯ СВЕТА Задача Каким показателем преломления л должен обладать материал дла просаетлиющего покрытии на поверхности стекла с показателем преломления лэ=1,52? О Коэффициент отражения иа границе слоя диэлектрика с п(1.5 невелик (/?(О.О4).

поэтому в первом приближении можно не учитывать многократные отражения. При оптической толщине покрытия п(=2 /4 отраженные от перелией и задней границ слоя волаы будут в противофазе. Чтобы они полностью погасилн друг друга в результате интерференции, их амплитуды должны быть одинаковы (по модулю). Использун формлы (5.66) длн амплитудных коэффициентов отражения, получаем м)- (1 — и)/(! + л) = (и — лз у(п + лз ), откуда л=з/лэ=1,23.

Прозрачные диэлектрики со столь малым показателем преломления неизвестны. На практике длн таких покрытий обычно примениют крнолит (п=1,35) и фтористый магний (п=1.38). При однослойном покрытии этими диэлектриками полное просветление не достигается. Учет многократных отражений на границах слоя не меняет полученного результата (п=э/лэ). Зто можно показать либо суммированием комплексных амплитуд всех отраженных волн [они, как и в (5.70], образуют геометрическую прогрессию), либо непосредственным применением граничных условий иа поверхностях слоя (непрерывность тангенцивльных компонент векторов Е и В). При оптической толщине слоя в четверть полны зто дает следующее выражение лля амплитуды Е, отраженной волны: Е~ =(!Ч щ) Еа/(! Роуз) гле р, н р, — амплитудные коэффициенты отражении на передней и задней границах слоя.

Отсюда Е,=О (просветление) прн ры —.!ч, чю опять приводит к п=з/лэ. Таким образом, этот результат точный, ° В явленияк дифракции. как и в интерференции, на первый план выступают волновые свойства света. Под дифракцией света обычно понимают отклонения от простык законов распространения света, описываемых геометрической оптикой. Дифракцию можно наблюдать, например, когда на пути распространения света находятся препятствия, т. е.

непрозрачные тела произвольной формы (обычно их называют в такмх случаях экранами), илм когда свет проходит сквозь отверстия в экранах. Геометрическая оптика (закон прямолинейного распространения света в однородной среде) предсказывает существование за экраном области тени, резко отграниченной от тех мест, куда свет попадает.

Но тщательный опыт показывает', что вместо резкой границы между светом и тенью получается довольно сложная картина распределения освещенности, состоящая из темных и светлых участков — дифракционных полос. Дифракция выражена тем сильнее, чем меньше размеры экране)в (ипи отверстий в них) и чем больше длина волны.

Характерные особенности дифракционных явлений в оптике обусловлены тем, что здесь, как правило, размеры экранов много больше длины волны. Г)пятому наблюдать дифракцию света можно только на достаточно больших расстояниях от преграды. йВ Теория дифракции света дает строгое обоснование геометрической оптике и определяет условия ее применимости. В теории дифракции получают свое решение и многие вопросы инструментальной оптики, требующие выхода за рамкм геометрической оптики, такие, как предельное разрешение оптических систем и спектральных приборов или структура оптического изображения.

Характеристики

Список файлов книги