Интерферометры - Захарьевский А.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Первый член формулы (74) показывает, что интерференционные полосы могут служить для очень точных измерений толщины пластинки или для обнаружения небольших неровностей на поверх-
Фиг. 53. Возникновение интерферирующих лучей в-плоскопараллельной пластинке (частный случай).
79 пости пластинки. Погрешность определения толщины при нормальном падении луча (/"=O) выражается числом
0,06 0,03
dh-
db In COS г
2 п
МК.
Для воздушных пластинок dh=0,03 мк. Благодаря такой высокой чувствительности интерференционные методы применяются для точных измерений длин и для испытания формы точных поверхностей.
В случае необходимости чувствительность интерференционных методов может быть понижена за счет увеличения угла г. При значениях г, близких к 90°, величина dh, соответствующая <Й=0,1 X, становится значительной и достигает в воздушной пластинке (п— 1) при угле г=88°20' значения db 0,06
dh=
MK-
Фиг. 54. Деформация световой волны при отражении от неплоской поверхности.
2п cos г 2 cos 88° 20'
=0,001 мм, а при угле г=89°50' значения dh=0,01 мм. Наклонно падающими лучами пользуются при испытании поверхностей менее высокого качества.
На фиг. 54 показано отражение плоской волны W от зеркала S, имеющего местную яму, глубина которой равна у. Деформация у' отраженной волны с увеличением угла падения і уменьшается в соответствии с формулой (74)
у'=2у • cos і.
Этим, между прочим, объясняется и тот факт, что при больших углах падения зеркальное отражение возможно не только от полированных, но и от шероховатых (матовых) поверхностей. Второй член формулы (74) дает связь между db и dn
dS=2hcos г dn,
которая показывает, что в толстых пластинках колебания показателя преломления имеют большее значение, чем в тонких. При нормальном падении (/"=?0) чувствительность к изменению показателя
, db 0,06 , ^
равна dn=-- =—где h должно быть выражено в микронах.
2ft cos/- 2/i
Например, при h= 10 мм смещение в 0,1 полосы соответствует
изменению показателя на dn= °'06 =0,000003. Благодаря такой вы-
20000
сокой чувствительности интерференционные методы применяются для точных измерений показателя преломления.
80 Последний член формулы дает связь между dB и dr
dS=—2hn sin r dr.
Это равенство в некоторой мере определяет возможность получения интерференционных полос в зависимости от изменения угла г. В каждой точке поля сходятся два конуса интерферирующих лучей. Основаниями этих конусов являются отверстия выходных зрачков интерферометра, имеющие конечные размеры. Отдельные пары интерферирующих лучей могут проходить в пластинке под различными углами г, причем дают различную разность хода. Приведенная выше формула указывает, что: а) в тонких пластинках изменения
Фиг. 55. Схема для получения нелокализованных полос смешанного типа.
угла г имеют меньшее значение, чем в толстых; б) при нормальном падении лучей (г=0) изменения угла г имеют меньшее значение, чем при наклонных лучах.
8. В общем случае надо считать, что положения входного зрачка L и интерференционного поля В выбраны произвольно (фиг. 55). Интерференционная картина рассматривается глазом А через лупу О. На фиг. 55 два интерферирующих луча показаны только для одной точки поля Р. Вторые лучи, идущие в крайние точки поля, на фигуре не показаны. При такой схеме в различных точках поля сходятся лучи, падающие на пластинку в различных её местах (т. е. при различных h) и под различными углами I. Если пластинка 5 не плоскопараллельная, то в данном случае получаются полосы смешанного типа. Ширина и ориентировка полос в уочке P зависят от угла w. Так как угол ? не равен нулю, то полосы не локализованы и входной зрачок может иметь щелевидную форму.
Чтобы получить полосы равной толщины, необходимо выполнить условие /=Const, т. е. осветить пластинку параллельным пучком лучей. Соответствующая охема представлена на фиг. 56. Поле В выбрано произвольно. Осветительное устройство, состоящее из входной диафрагмы L и объектива Ou дает телецентрический пучок лу-
6 А. Н. Захарьевский
81 чей (см. стр. 71). На фигуре показаны два интерферирующих луча, сходящихся в центральной точке P интерференционного поля. После объектива Oi эти два луча идут параллельно друг другу и после отражения от пластинки получают некоторую сходимость только
вследствие клиновидности пластинки. При плоскопараллельной пластинке (/i=const) угол W равен нулю, разность хода во всем поле остается постоянной и полос не появляется [см. формулы (45) и (46)]. Форма входной диафрагмы попрежнему щелевидная, так как угол ? не равен нулю.
При конечных размерах зрачка возникают дополнительные препятствия к появлению интерференционных полос. Одно из препятствий состоит в том, что конус лучей от входного' зрачка L, сходящихся в какой-нибудь точке поля P, покрывает на пластинке s площадку конечных размеров s (фиг. 57). Если на поверхностях пла-
82
стинки имеются неровности, то контраст интерференционной картины понижается, и в худшем случае полосы могут совсем не появиться. Во избежание этого интерференционное поле обычно располагают в непосредственной близости от пластинки и наблюдают полосы равной толщины прямо на поверхности пластинки.
