Волновая оптика - Калитеевский Н.И.
ISBN 5-06-003083-0
Скачать (прямая ссылка):
нение этой феноменологической теории с данными опыта затруднено тем, что фактически она пригодна для описания лишь достаточно толстых металлических слоев (около 500А), которые уже не являются полупрозрачными и не могут быть использованы в качестве зеркал интерферометра. В случае более тонких слоев, которые и представляют практический интерес, появляется ряд аномалий, связанных как с усложнением применения уравнений Максвелла («скин-эффект» и др.), так и с нарушением однородности тонкого слоя вследствие его гранулярной структуры.
В проведенном рассмотрении учитывалось лишь поглощение радиации отражающими слоями и не принималось во внимание поглощение света в среде между зеркалами. Можно показать, что наличие такого поглощения не только уменьшает максимальную интенсивность прошедшего света (/маКс)> но и приводит к ухудшению резкости интерференционной картины.
При использовании интерферометра Фабри — Перо необходимо помнить, что интерференционная картина, возникающая при освещении интерферометра протяженным источником света, представляет собой семейство кривых равного наклона (колец), локализованных в бесконечности (рис. 5 .56). Если кольца равного наклона наблюдать на каком-либо экране, то надо установить объектив L2 (рис. 5.57) так, чтобы плоскость экрана
244
совпадала с главной фокальной плоскостью объектива. Линза L\ не влияет на распределение интенсивности в интерференционной картине, но она полезна для увеличения светового потока, проходящего через интерферометр. Свет от протяженного источника падает на интерферометр под разными углами, что обес-
5.56. Интерференционная картина, возникающая при освещении интерферометра Фабри - Перо протяженным источником немоиохроматического света
печивает возникновение интерференционного кольца. При точечном монохроматическом источнике на экране появилась бы одна точка.
В стандартной конструкции интерферометра Фабри—Перо устанавливают (с помощью специальных распорных колец) строго параллельно друг другу две хорошо отполированные стеклянные или кварцевые пластинки, на внутренние поверхности которых нанесены отражающие слои. Итак, по образному выражению Вуда, получается «воздушная пластинка с посеребренными гранями» . Эта конструкция позволяет отно-Ll сительно легко изменять расстояние между отражающими поверхностями и имеет широкое распространение.
Для получения высокого качества интерференционной картины (высокой разрешающей силы; см. § 6.6) необходимо использовать отражающие поверхности, обработанные с большой точностью. Обычным является требование к/20, а в некоторых случаях Х/50.
Точная юстировка интерферометра не менее важна, чем высокое качество поверхности зеркал. Наиболее простой способ юстировки — визуальный просмотр колец,
j КОц11 у.
создаваемых различными участками ПО-s. 57. Схема наблюдения верхностей зеркал интерферометра. Если
интерференционных ко- поверхности строго параллельны, то глаз
лец равного наклона, ВИдИХ кольца одного и того же диаметра.
возникающих в интер- _
ферометре Фабри-Перо Видоизменение этого метода для более
245
«толстых» интерферометров состоит в наблюдении колец в зрительную трубу при передвижении диафрагмы малого размера вблизи интерферометра. Для еще более «толстых» интерферометров применяют способ юстировки, основанный на совпадении многократных отражений изображения удаленного источника в случае параллельности зеркал.
Возвратимся к анализу формулы Эйри. Условие возникновения максимума (5.62) позволяет более подробно изучить вид интерференционной картины на экране: чем меньше угол q>2, тем ближе соответствующий максимум к центру системы интерференционных колец. Вместе с тем разность хода 2fcoscp2 = тк увеличивается с уменьшением угла q>2, а следовательно, возрастает порядок интерференции т для исследуемой длины волны к. Наибольший порядок интерференции в центре интерференционной картины. Если для освещения интерферометра воспользоваться источником света, излучение которого состоит из двух монохроматических линий с длинами волн к\ шк2, то, обращаясь к (5.62), легко определить, какая из них даст кольца, ближе расположенные к центру интерференционной картины. Наибольшее возможное значение m легко найти, положив q>2 = 1 • Тогда получаем очевидное соотношение
m = 21/Х. (5.74)
Следовательно, чем больше расстояние между отражающими слоями, тем выше порядок интерференции в центре интерференционной картины. Так, например, т » 20 ООО при I = 0,5 см (для видимого света к * 5 • 10~5 см) и т и 200 ООО при I = 5 см.
Найдем ширину интерференционной полосы как функцию расстояния между отражающими слоями. Дифференцируя (5 .62) и заменяя бесконечно малое приращение конечным, имеем
—2Zsincp5cp = к&т. (5.75)
Полагая 5т = 1, т. е. рассматривая 5ср как угол между двумя соседними максимумами, находим
- -ШЩГ • (5-76)
Отсюда следует, что чем больше I, тем меньше 5ср, т.е. тем уже интерференционные полосы. В § 6.7 показано, что с увеличением порядка интерференции возрастает «разрешающая» сила и поэтому выгодно использовать «толстые» интерферометры, т. е. работать на высоких порядках интерференции.
