Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
и максимумы (в виде колец или полос) будут расходиться от центра (если
толщина воздушной прослойки уменьшается) или сходиться к центру (если
толщина воздушной прослойки увеличивается). Например, перемещение одного
зеркала на расстояние, равное четверти длины волны, соответствует
смещению на полполосы (или на полкольца), т. е. переходу от максимума к
соседнему минимуму. Смещение интерференционной картины можно оценить
визуально с точностью до величины порядка г/20 полосы. В некоторых
случаях удается обнаружить смещения до 1/100о полосы. Таким образом, по
незначительному смещению интерференционной картины можно судить о
небольших перемещениях одного из зеркал, т. е. интерферометр Майкельсона
можно использовать для достаточно точных (порядка 10~7 см) измерений
длин. С его помощью был проведен важнейший эксперимент - опыт Майкельсона
- Морли, доказавший отсутствие "эфирного ветра". При помощи этого
интерферометра было также осуществлено систематическое изучение тонкой
структуры спектральных линий,
§ 6. МНОГОЛУЧЕВЫЕ ИНТЕРФЕРОМЕТРЫ
Интерферометр Фабри-Перо. Интерферометр Фабри - Перо состоит из двух
стеклянных или кварцевых пластин (П1 и Я2). Внутренние поверхности их
(рис. 5.20) плоские (с точностью до 1/100 длины волны), строго
параллельны друг другу и частично покрыты прозрачной пленкой с высокой
отражательной способностью (R яз 0,9-0,99). С целью устранения вредного
влияния света, отраженного внешними поверхностями пластин, делают обычно
так, чтобы последние составляли небольшой угол с внутренними
поверхностями. Пластинки могут передвигаться в перпендикулярном
направлении друг относительно друга. Первоначально в интерферометрах одна
пластинка оставалась неподвижной, а другая перемещалась (удалялась или
приближалась) с помощью специального винта относительно первой. В более
поздних интерферометрах
113
пластины стали разделять неподвижным кольцом из инвара (специальная сталь
с ничтожно малым коэффициентом расширения) или кварца. На торцах кольца
имеются три высту па, к которым пластины прижимаются с помощью пружин,
служащих для тонкой регулировки положения пластин.
Рис. 5.20
Если расстояние между пластинками, строго фиксировано, т. е. пластины
неподвижны, такой интерферометр называется эталоном Фабри - Перо.
Преимуществом эталона Фабри ¦- Перо является его высокая точность,
которую не удается получить в раздвижном интерферометре. Расходящийся
пучок света от протяженного источника (на рис. 5.20 показан ход одного из
этих лучей) падает на интерферометр. При этом, очевидно, возникает
интерференционная картина, представляющая собой семейство кривых
Рис. 5.21
равного наклона - концентрические кольца (рис. 5.21). Чтобы наблюдать эту
локализованную картину на экране, можно воспользоваться собирающей
линзой, расположенной так, чтобы плоскость экрана совпала с ее фокальной
плоскостью.
Существуют также сферические интерферометры, прототипом которых явился
интерферометр Фабри - Перо. Сферические интерферометры состоят из двух
вогнутых зеркал одинакового или разного радиуса кривизны. Зеркала
располагаются так, чтобы фокусы их были совмещены. Модифицированные
сферические интерферометры нашли широкое применение в качестве резонато-
114
ров газовых лазеров. Применение сферических зеркал в качестве резонаторов
оправдано, тем, что в этом случае требуемая точность юстировки и
обработки зеркал значительно ниже и стабильность системы выше.
Резкость интерференционной картины. Резкость интерференционной картины
будет зависеть от коэффициента отражения нанесенной на пластины пленки.
На рис. 5.22 показана зависимость резкости полос интерференции для разных
значений R от углового расстояния относительно центра интерференционной
картины. Значение R = 0,04 соответствует поверхности чистого стекла, в то
время как R = 0,99 соответствует поверхности с многослойным покрытием.
Следует обратить внимание на то, что при рассмотрении интерфе- С*
ренции многих лучей мы полагали W №=pr-~i...........i-
R + Т = 1, т. е. пренебрегали погло- 0,9\ \ 1~"
щснием внутри пластинки. Однако при ТТ нанесении на поверхность пластины
' 4 \
полупрозрачного металлического слоя В5 I \ ~~
происходит поглощение, в результате ' I V_______________
чего интенсивность изменится. Поэтому ф . \ \ ^
пользуются выражением R + Т + А = 1, ' -V------
где А - коэффициент суммарного погло- pi - > ~
щения света отражающими слоями. -}р*4о!" so0-во" а
В проходящем через интерферометр свете значение /мачс окажется меньше,
Рис- 5-22
чем при отсутствии поглощения, и резкость интерференционной картины
уменьшается. В зависимости от толщины поглощающего металлического слоя
максимумы и минимумы смещаются на определенное расстояние. Такое смещение
приводит к нарушению взаимной дополнительности интерференционных картин в
отраженном и проходящем свете.
Порядок интерференции. Так как разность хода между двумя соседними
интерферирующими лучами составляет Ad = 21 cos г, то взаимное усиление
