Общий курс физики. Том 4. Оптика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка): Скачать (прямая ссылка):
Назначение двух толг стых пластин состоит в том, чтобы далеко развести лучи ЛВ и CD', что позволяет ставить на пути этих лучей трубки с исследуемыми газами. Разность хода между средними и крайними лучами, а также между самими крайними лучами очень велика, и интерференцию в белом свете от этих лучей получить невозможно. Источником света обычно служит освещаемая вертикальная щель шириной около одного или нескольких миллиметров, прикрываемая матовым стеклом. Невооруженным глазом видны три изображения щели. Самое яркое (справа) дают лучи, дважды отразившиеся от задних посеребренных поверхностей пластин. Среднее, промежуточной яркости^ образуется лучами DE и D'E'. Наименее яркое (слева) соответствует лучам, дважды отразившимся от передних поверхностей пластин. Если фиксировать глаз на сред-
\ в/
Zr П'"
Щ
H E'E H'
0
Рис. 137. > ИНТЕРФЕРОМЕТР ЖАМЕНА
237
нем изображении и вращением установочных винтов менять разность хода, то в белом свете можно получить цветные интерференционные полосы низкого порядка. Центральная ахроматическая, полоса, т. е. полоса, которой соответствует разность хода A = O, получается белой. Наблюдая эту полосу, можно легко следить за смещением интерференционной картины.
Так как разность хода А зависит от направления падающих лучей, то в интерферометре Жамена получаются полосы равного наклона. Для их наблюдения удобно воспользоваться зрительной трубой небольшого увеличения, но большого поля зрения, установленной на бесконечность. Применение трубы не только увеличивает ширину полос, но и обладает еще тем преимуществом, что в трубу не попадают крайние лучи GH' и BH, создающие светлый фон и сильно уменьшающие контрастность интерференционных полос. В лекционных демонстрациях интерференционные полосы можно получать без дополнительных оптических приспособлений, направив лучи DE и D'E' непосредственно на белый экран. Крайние лучи при этом должны 'быть экранированы.
3. Интерферометр Жамена предназначен для измерения небольших изменений показателей преломления. Поэтому его называют также интерференционным рефрактометром. Для уяснения принципа действия такого рефрактометра вообразим, что на п\ти одного из интерферирующих лучей AB или CD' (рис. 137) помещен плоскопараллельный слой какого-либо вещества толщины I с показателем преломления п2. Тогда разность хода между интерферирующими лучами изменится на величину (п2 — H1) I, где H1 — показатель преломления окружающего воздуха. В результате интерференционная картина сместится на т полос, причем т — (п2 — H1) ИХ, Число т (вообще говоря, дробное) можно найти, наблюдая интерференционные полосы в белом свете до и после внесения исследуемого вещества. Опыт показывает, что смещение на 1/10 полосы (т — — 1/10) наблюдается вполне уверенно и без труда.
Разность показателей преломления можно вычислить по формуле пг — U1 = mXll. Если толщина слоя вещества / = 10 см, а X = = 500 нм, то при т = 1/10 получаем n2 — = 5-Ю"7 ~ 10"®. В специальных установках измерялись гораздо меньшие изменения показателя преломления. Интерферометр Жамена позволяет, таким образом, измерять ничтожные изменения показателя преломления, например, при изменении температ-уры газа или при добавлении к нему посторонних примесей. Измерение самих абсолютных значений показателя преломления этим прибором затруднительно. Обычно его используют для измерения разности показателей преломления исследуемого и хорошо изученного газа, например воздуха.
При практических измерениях на пути лучей AB и CD' ставятся по возможности одинаковые трубки. Сначала наблюдаются интер- 238
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ» СВЕТА
[ГЛ. III
ференционные полосы, когда обе трубки наполнены воздухом. Затем измеряется смещение полос интерференции, когда одна из трубок наполняется исследуемым газом. Для компенсации значительной разности хода между интерферирующими лучами служит компенсатор. Он состоит из двух совершенно одинаковых стеклянных пластинок, насаженных на общую ось, причем угол наклона между пластинками можно плавно менять. Одна из пластинок ставится на пути одного, вторая — на пути другого лучей. Вращая компенсатор при неизменном угле наклона между пластинками, можно привести в поле зрения центральную ахроматическую полосу, а затем по углу поворота определить число полос, прошедших через поле зрения.
4. Не так просто разобраться в вопросе о форме интерференционных полос, наблюдаемых в интерферометре Жамена. Для упрощения исследования этого вопроса введем несущественное, предположение, что п = 1. Такому предположению соответствует замена каждой пластины парой бесконечно тонких параллельных отражающих плоскостей (из которых одна посеребрена). Тогда вместо (34.1) получится более простое выражение:
А = 2d (cos \р2 — cos Ip1).
Перейдем к векторной форме записи, обозначив через N1 и N2 единичные нормали к отражающим плоскостям, как это показано на рис. 137. Обозначим через S1, s[, S единичные векторы лучей , AB и BH соответственно (те же векторы определяют направления и всех параллельных им лучей). Тогда
