Волновая оптика - Калитеевский Н.И.
ISBN 5-06-003083-0
Скачать (прямая ссылка):
После завершения предварительной юстировки начинают постепенно нагревать печь, увеличивая давление паров металла внутри кюветы и добиваясь линий поглощения на фоне сплошного спектра. В фокальной плоскости спектрографа при этом можно наблюдать своеобразную интерференционную картину. Вблизи линий поглощения наблюдается изгиб интерференционных полос, отражающий изменение показателя преломления, так как дополнительная разность хода, вносимая парами металла, в данном опыте ~ (га — l)i (рис. 5.42).
На рис. 5.43, а приведена полученная в таком опыте фотография интерференционной картины, соответствующей участку спектра титана, содержащему ряд линий поглощения. Вблизи каждой линии наблюдается изгиб интерференционных полос. Измеряя на фотографии отклонение полосы от горизонтальной линии в ряде точек, для каждой из которых известно значение длины волны, можно получить зависимость п(Х) и сравнить ее с расчетной кривой. Графическим дифференцированием кривой п(к) можно также получить кривую dra/'dA. или оценить эту величину в каждой точке.
Такой метод исследования дисперсии паров различных металлов вблизи линий поглощения применялся некоторыми исследователями. Его недостаток состоит в неизбежном ухудшении точности измерений по мере приближения к линии поглощения, где интерференционные полосы очень резко изменяют свое направление и оказываются почти перпендикулярными первоначальному направлению. Заслугой Д.С. Рождественского явля-
226
ется создание нового варианта интерференционного метода исследования дисперсии паров в непосредственной близости к линии
°<! °<! о<йо<; °<$
5. 43. Фотография интерференционных картин для участка спектра поглощения
Интерференционные кривые, полученные на интерферометре Рождественского без введения дополнительной разности хода (Л); то же при введении дополнительной разности хода (б); то же при еще большей разности хода (б). На последних двух фотографиях отчетливо видны «крюки»
поглощения — метода «крюков», позволяющего проводить измерения с большой точностью.
При измерениях по методу «крюков» в одну из ветвей интерферометра (кроме кюветы или компенсационной трубки) вводится стеклянная (кварцевая) пластинка вполне определейной толщины. Это приводит к дополнительной разности хода, т.е. к возникновению наклонных интерференционных полос высокого порядка, которые для некоторой длины волны компенсируют наклон полос, обусловленный дисперсией паров. В результате вблизи линии поглощения по обе стороны от нее образуются характерные изгибы интерференционных полос — это и есть «крюки» Рождественского. Чем толще стеклянная пластинка, т.е. чем больше введенная разность хода, тем острее «крюки» . В зависимости от условий эксперимента выгодно использовать пластинку той или иной толщины. На рис. 5 .43,б,в показаны «крюки», образующиеся у линий поглощения титана при использовании двух пластинок разной толщины.
Рассматривая фотографии, приведенные на рис. 5.43,б,в, замечаем, что расстояние между «крюками» у интенсивной линии поглощения титана (3989А) значительно больше, чем у слабой линии (4025А), хотя условия фотографирования «крюков» были одинаковы. Определяя отношение расстояний между «крюками»,
227
можно найти отношение интенсивностей двух исследуемых линий поглощения, начинающихся на одном нижнем уровне.
Интенсивность линии поглощения определяется произведением числа N поглощающих атомов на силу осциллятора fik для соответствующего перехода [см. (4 .13)] . Следовательно, измерение расстояния между «крюками» позволяет определить произведение Nfik для ирследуемой линии. Если из каких-либо дополнительных опытов оценить число N поглощающих атомов, то применение метода «крюков» позволит измерить силу осциллятора fik, вероятность перехода и связанное с ней время жизни атома в возбужденном состоянии [см. (4.13а)].
Сформулированные характеристики метода «крюков» могут быть использованы при его количественном описании.
При введении в одно из плеч интерферометра стеклянной пластинки толщины ii и показателя преломления щ уравнение интерференционной полосы порядка т можно записать в виде
Ут = А[тк + (п — 1)1 — (гах — 1)^],
где А — константа прибора.
Экстремум этой функции наблюдается при выполнении условия dym/dX — О при X = ХК, где Хк — длина волны, соответствующая вершине «крюка». Следовательно,
dre , d”i dX dX
При варьировании длины волны в малых пределах вблизи Хк мы вправе пренебречь дисперсией стекла и положить dn\/dX = 0. Тогда для дисперсии паров dn/dX получается простое выражение
jlZL = \m\. (5 .53)
Порядок интерференции m можно, например, определить при предварительных измерениях в холодной кювете (см. рис. 5.41), когда для некоторой полосы ут = 0 и |т| = (щ — l)l/Xm . Зная производную dn/dX, можно с хорошей точностью определить показатель преломления паров в непосредственной близости к линии поглощения.
Но кроме этой метрологической задачи метод крюков позволяет решать и другие актуальные проблемы. Так, например, из формулы Зельмейера (4.13), заменив со = 2кс/Х и продифференцировав ее по X, получаем значение dn/dX для X = Хк, которое можно приравнять (5.53). Тогда для выбранной линии устанавливается связь произведения Nf;*¦ и расстояния АХ = X — Х^ между ¦ крюком» и линией поглощения, позволяющая определить
