Волновая оптика - Калитеевский Н.И.
ISBN 5-06-003083-0
Скачать (прямая ссылка):
одну из таких частот собственных картины
колебаний («МОД») ЭТОЙ СЛОЖНОЙ Нестацнонарность возникает вследствие движения
системы, то появится возмож- отражателя т2
ность проведения интерферометрических измерений с очень большой разностью хода (см. рис. 1.10).
Направим лучи 1 и 2 (после их соединения; см. рис. 5.48) через диафрагму (или щель) на какой-либо приемник света (фотоумножитель, фотоэлемент) и зарегистрируем после усиления возникший сигнал на осциллографе. При равномерном движении зеркала II разность хода А монотонно увеличивается, а суммарная интенсивность сигнала изменяется по закону
/ = /0[1 + сов(2яДЛ)] . (5.55)
Если Д/2 = I2 - l\ — vt (где v — постоянная скорость движения зеркала), то соотношение (5.55) примет вид
I = /0[1 + cos(47tu*/A)] = /0(1 + cos2nft), (5.56)
233
где f = 2vv/c — частота модуляции наблюдаемого сигнала.
1__ Полученный результат очень интересен: ин~
1|_ тенсивность света, регистрируемого приемником,
оказалась периодической функцией времени. Следовательно, при таком способе наблюдений 5.49. Уголковый регистрируется не стационарная картина интер-
отражатель ференции, а некоторый изменяющийся во вре-
мени процесс, характеризующий перемещение интерференционных полос вследствие изменения разности хода.
Теперь перейдем к описанию конкретного опыта. Неон-гелие-вый лазер JI, использованный для освещения интерферометра, генерирует излучение с X = 6328А и в нем относительно просто обеспечивается выделение центральной моды TEMqq.
Интерферометр Майкельсона образован двумя отражателями Г! и Г2 и полупрозрачным зеркалом М* (рис. 5.48). Металлическое зеркало М2 укреплено на подвижных винтах, что удобно для юстировки прибора. В качестве отражателей Т\ и Т2 применяют призмы полного внутреннего отражения — уголковые отражатели. Такая призма представляет собой тетраэдр из стекла с углами между боковыми гранями А, В, С, равными 90° (рис.
5.49). Луч света 1, падающий нормально на переднюю грань С, испытывает внутри уголкового отражателя три полных внутренних отражения и возвращается по направлению Г. Падающий
1 и отраженный 1' лучи остаются параллельными при небольших перекосах призмы, т. е. при разных углах падения на грань С. Подвижный уголковый отражатель Т2 не связан жестко с остальными частями оптической системы, и движение его сопровождается малыми перекосами. Однако благодаря упомянутому выше свойству уголкового отражателя это не приводит к разъюстировке интерферометра.
Расстояние М\Т\ « 25 см, а для М2Т2 « 10 м (см. рис. 5.48). Для приблизительного уравнивания интенсивности интерферирующих лучей в плечо М\Т\ введен нейтральный фильтр Ф\. Перед фотоумножителем (ФЭУ) установлен светофильтр (Ф2), обеспечивающий известное снижение уровня шумов на выходе ФЭУ, откуда сигнал через разделительный конденсатор подается на осциллограф. Существенную роль играет небольшая диафрагма D2.
Специальное сканирующее приспособление позволяет перемещать уголковый отражатель Т2 с постоянной скоростью + v на расстояние » 3 см. Весь механизм установлен на отдельном столе, который можно удалить от интерферометра на расстояние до 15 м.
В результате интерференции волн, отраженных от покоящегося Т\ и движущегося Т2 отражателей, возникает нестационарная
234
¦Ш
/' Vi.
; I
5.50. Осциллограмма, характеризующая нестационарную интерференционную картину, по которой может быть определена скорость движения отражаталя Т2
интерференционная кар-тина (бегущие интерференционные полосы). На экране осциллографа появляется отчетливый сигнал, имеющий вид синусоиды (рис. 5.50). Синусоида пропадает, если перекрыть одно из зеркал .
В этом случае интерференционный член равен нулю и интерференция отсутствует . Если остановить движение уголкового отражателя T‘i, то синусоида на экране осциллографа
также пропадет. Полосы перестанут бежать, возникнет стационарная интерференционная картина, которую надо наблюдать другим методом. Из вида синусоиды нетрудно определить скорость движения зеркала v = cf/(2v) = Xf/2, что может оказаться полезным бесконтактным методом измерения этой важнейшей динамической характеристики.
Наиболее интересна выявляющаяся в описываемом эксперименте возможность получения отчетливой интерференционной картины при большой разности хода (Д > 20 м). Это говорит о том, что длина когерентности для газового лазера велика (много больше 20 м), а время когерентности значительно превышает А/с = 10-7 с. По существующим в литературе оценкам, пользуясь тазовыми лазерами, можно наблюдать интерференцию при разности хода, превышающей несколько километров,что откры-•вает возможность интересных приложений. Конечно, такие эксперименты требуют чрезвычайно тонкой юстировки и часто оказывается трудным обеспечить хорошее отношение сигнал/шум.
Интерферометр Майкельсона с движущимся зеркалом применяют также при изучении спектрального состава немонохроматического излучения. Для этого он освещается исследуемым излучением, а получившаяся на выходе кривая подвергается Фурье-анализу и преобразуется в распределение интенсивности по частотам. Рассмотренная модификация Майкельсона представляет простейшую модель Фурье-спектрометра. В современных приборах подобного типа анализ суммарной кривой проводится быстродействующими электронными машинами. Эта методика исследования, в которой отсутствует спектральное разложение изучаемой радиации, обладает рядом особенностей и находит в последнее время все более широкое применение при решении различных физических задач.
