Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
Эти эксперименты были выполнены в Физической лаборатории в Лейдене. Я многим обязан директору Лаборатории проф. Камерлинг Оннесу за постоянный интерес к данному исследованию.
ЛИТЕРАТУРА
1. L о г е n t s, La Teorie electromagnetique de Maxwell, Leyden, 1892.
2. Z e e m a n, Communications of the Leyden Laboratory, № 15.
Конструкция и применение интерферометра Фабри — Перо *)
Описана конструкция интерферометра Фабри — Перо для студенческой лаборатории, а также его возможное применение в трех экспериментах. В первом, основном, эксперименте проводятся некоторые оптические измерения. Во втором опыте с помощью интерферометра измеряется коэффициент преломления газов, в третьем опыте наблюдается эффект Зеемана.
Интерферометр, состоящий из двух параллельных пластин, разделенных воздушным зазором, был впервые предложен Фабри и Перо в 1897 г. Если монохроматический свет от протяженного источника проходит через пластины интерферометра, то на бесконечности образуется ряд концентрических интерференционных колец. Толанский [1] отмечал, что интерферометр Фабри — Перо несомненно является самым удобным из всех интерферометров. Он приме-няется для абсолютного измерения длины волны, определения ширин линий, коэффициента преломления газов, изучения сверхтонкой структуры. В последнее время интерферометр Фабри — Перо находит применение при определении температур синтеза по доплеровскому уши-рению спектральных линий в излучении водородной плазмы.
Конструкция интерферометра. На рис. I показана конструкция интерферометра Фабри — Перо. В латунном кожухе находятся две стеклянные пластины диаметром 38 мм. Они устанавливаются так,
чтобы их поверхности были параллельны трем инваровым прокладкам, помещенным в латунные кольца. Толщины этих трех прокладок должны быть одинаковыми, по крайней мере с точностью до половины длины световой волны. Крепежные кольца жестко фиксируют
Рис. 1. Изготовленный в мастерской интерферометр Фабри — Перо. Показаны удерживающие кольца, пластины и ин-варовые прокладки.
*) W. A. H i 11 о n, Amer. J. Phys. 30, 724 (1962).
279
каждую пластину относительно инваровых прокладок. Окончательная регулировка пластин осуществляется с помощью трех латунных винтов, которые поджимают одно из крепежных колец. На пластины наносился слой алюминия путем испарения [21. Для этого использовалось оборудование лаборатории проф. Р. Хыоза из Арканзасского университета. Толщина алюминиевого покрытия такова, что приблизительно 90% падающего света отражается, а около 10% света проходит или поглощается. Оптическая система для наблюдения резких интерференционных колец (рис. 2) состоит
1 В з i, 5
Рис. 2. Расположение аппаратуры для наблюдения интерференционной картины с помощью интерферометра Фабри — Перо.
из источника света /, фильтра 2, интерферометра 3, ахроматической линзы 4 и окуляра 5. Общая стоимость прибора складывается из стоимости стеклянных пластин — 140 долларов, латуни — 15 долларов, а также из затрат на изготовление кожуха, крепежных колец, прокладок, алюминиевого покрытия и т. д.
Теория. Пусть Мп есть порядок интерференции кольца с номером л (нумерация ведется от центра интерференционной картины), t — расстояние между пластинами, Я — длина волны света между пластинами, <р — угловой радиус /г-го кольца, сфокусированного на экран в фокальной плоскости ахроматической линзы [31, и Ьп — угловой диаметр л-го кольца, равный 2<р. Тогда
2*cos<p = M> (1)
и
Мп —(2*/Я)созф.
Если Ф мало, то
cos ф«[1— (pV2I=[l— Ъ\т. (2)
Если dn обозначает линейный диаметр п-го кольца, a f — фокусное расстояние линзы, с помощью которой получается изображение на фотографической пленке или в фокальной плоскости измерительного микроскопа, то
и
М„ = (2//Л)[1-4/8р]. (3)
В таблице приведены диаметры колец, полученные с помощью измерительного микроскопа в случае, когда используется линза с фокусным расстоянием 61,8 см, а пластины разнесены на 1,04 см.
280
Таблица
Диаметры колец, наблюдаемые с помощью интерферометра Фабри — Перо
Номер кольца Л», см +я. см' л.см* Я Л — 1
1 0,6275 0,3937 0,78825
2 1,0872 1,1820 0,81174
3 1,4120 1,9937 0,77881
4 1,6651 2,7725 0,81392
5 1,8938 3,5864 0,78662
6 2,0911 4,3727 0,77748
7 2,2694 5,1502 0,80782
8 2,4409 5,9580 0,79122
9 2,5960 6,7392 0,78122
10 2,7483 7,5532 0,81394
В среднем 0,795488
В таблице приведены данные, характеризующие постоянство величины й% — Вв измерениях в качестве источника использовалась линия 5461 А спектра ртутной лампы.
Теперь можно определить изменение длины волны, соответствующее сдвигу на одно кольцо [41. Если сЬ и й*п представляют линейные диаметры п-то кольца для длин волн % и Я+ДЯ, то, разрешая уравнение (3) относительно Я, мы получим
Я^(2//Л*„) [1-^/8/«], (4)
Л + ДЛ= (2*/^) П-^/8/а]. (5)
Вычитая (4) из (5), имеем
дим^-Л8р. (6)
При этом учитывается, что к&2ММп, как следует из формулы (1). Поэтому величина ДА,, соответствующая сдвигу на одно кольцо, может быть получена при подстановке в формулу (6) средней величины 4й — ^л-1 из таблицы:
ДЛ = (5460,74) (0,795488)/(8) (61,8)3 = 0,142 А.
