Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Калитеевский Н.И. -> "Волновая оптика" -> 84

Волновая оптика - Калитеевский Н.И.

Калитеевский Н.И. Волновая оптика — М.: Высшая школа, 1995. — 463 c.
ISBN 5-06-003083-0
Скачать (прямая ссылка): volnovayaoptika1995.djvu
Предыдущая << 1 .. 78 79 80 81 82 83 < 84 > 85 86 87 88 89 90 .. 175 >> Следующая

§ 5.6. ДВУХЛУЧЕВЫЕ ИНТЕРФЕРОМЕТРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
Интерферометрами называют оптические устройства, с помощью которых можно пространственно разделить два луча и создать между ними определенную разность хода. После их соединения наблюдается перераспределение потока световой энергии, т. е. явление интерференции.
Обычно с помощью интерферометров решают вполне определенные физические и технические задачи (например, измерение длин или углов, определение показателя преломления и т.д.). Наблюдение интерференционной картины становится не целью исследования, а средством проведения того или иного измерения . Поэтому оптическая схема интерферометра должна удовлетворять ряду дополнительных требований. Для повышения точности часто вводят значительную разность хода между интерферирующими пучками и работают в высоких порядках интерференции. В таких случаях используют относительно высокую степень монохроматичности излучения; резко повышаются и требования к юстировке оптической системы. В дальнейшем рассказано также об исследованиях, в которых интерферометры применяют для изучения основных характеристик излучения (степени монохроматичности, длины волнового цуга и др.).
По-видимому, любое из приспособлений для наблюдения ста-
221
ционарной интерференционной картины может послужить основой для создания соответствующего интерферометра. Однако не будем рассматривать двухлучевой интерферометр, основанный на результатах опыта Юнга. Читатель более подготовлен к понимаю действия интерферометров, в которых используется отражение или преломление световых волн (т.е. метод Френеля).
Исследуем интерференцию двух лучей, отраженных от передней и задней стенок какой-либо диэлектрической пластинки (рис. 5 .38). Разность хода этих лучей определяется равенством (5 .45).
Если пластина достаточно толста, то интерферирующие лучи 1 и 2 разведены на значительное расстояние и в любой из них нетрудно ввести кювету с изучаемым веществом или какой-либо другой объект, создающий дополнительную разность хода Д', которую можно измерить. Однако с увеличением толщины пластины возникают дополнительные трудности, которые были частично охарактеризованы в § 5.3. Для сведения интерферирующих лучей и компенсации разности хода, создаваемой пластиной, расщепляющей пучки 1 я 2, удобно использовать вторую стеклянную пластину такой же толщины. Это смягчает требования к монохроматичности света, проходящего через интерферометр. Такая схема из двух толстых стеклянных пластин, разделенных воздушной прослойкой, реализуется в интерферометре Жамена.
Пусть две одинаковые плоскопараллельные пластины установлены примерно параллельно (рис. 5 .38). Найдем разность хода Д для такого оптического устройства. Очевидно, что при раздвоении луча на первой пластине возникнет разность хода Дх = = 2raicoscp2 — к/2, на второй Д2 = 2raicoscp2 - "к/2. Если пластины строго параллельны, то Д = Дх — Дг = 0; если же они установлены под малым углом е, то
А — 2nl(cosq>2 — coscp 2) = 2гаЫпср25ф2,
где ф2 = (ф2 + ф"2)/2, а малая величина 5фг примерно равна |ф2 —
— ф2|. Можно показать, что 5фг ~ г.
Условие возникновения максимума интенсивности для исследуемого случая имеет вид
2га^втф25ф2 = 2 тк /2.
Очевидно, что чем меньше 5ф2 * в, тем шире интерференционная полоса. При 5ф2 —> 0 выполняется условие Д = О и мы уви-
5.38. Схема интерферометра Жамена
К1 к2 — кюветы
222
дим, что все поле зрения окрашено в один цвет — ширина интерференционной полосы больше тех угловых размеров^ при которых ведется наблюдение интерференционной картины. Тонкой юстировкой относительного положения пластин можно добиться появления интерференционных полос и сосчитать их число в поле зрения.
Легко обнаружить, что самые незначительные изменения условий опыта приводят к сдвигу интерференционных полос. Так, например, если поднести руку к пространству между пластинами (незначительно нагреть воздух в этом объеме), то наблюдается интенсивное перемещение полос.
Попробуем провести простую оценку чувствительности метода. Если на пути одного луча вставить в кювету длиной Zi, наполненную газом с показателем преломления п\, а на пути другого — эквивалентную кювету, наполненную другим веществом с показателем преломления п2, то появится дополнительная разность хода Д' = l\(ni — п2). Следовательно, произойдет сдвиг интерференционных полос. Охарактеризуем этот сдвиг дробью т, показывающей, на какую часть одного порядка интерференции сместились интерференционные полосы. Тогда Д' = т'к. Измеряя сдвиг т, определим Д\ Например, полосы сдвинулись на 0,1 порядка интерференции, т.е. т = 0,1. Теперь оценим Ап = Д'/1\. Обычно одна из кювет служит контрольной (проводятся относительные измерения). Для простоты будем считать п2 = 1 (вакуум) и определим Ап из соотношения Д' = 1\{п\ — 1) = 1\Ап. При 1-± = 10 см; т - 0,1; X = 5 • 10'5 см получим Ап = m'X/li = 5 • 10~7, т.е. можно измерить изменение показателя преломления в шестом знаке после запятой.
Измерение показателя преломления — это особая область метрологии, названная рефрактометрией. Проведенная оценка показывает, что интерференционный метод обеспечивает весьма высокую чувствительность относительных . рефрактометрических измерений. Это позволяет использовать такой метод для решения разнообразных задач. Вместе с тем ясно, что реализовать столь высокую чувствительность совсем не просто и, чтобы добиться высокой стабильности интерферометрических измерений, необходимы чрезвычайная аккуратность и тщательность в подготовке эксперимента.
Предыдущая << 1 .. 78 79 80 81 82 83 < 84 > 85 86 87 88 89 90 .. 175 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed