Интерферометры - Захарьевский А.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Ввиду такого результата становятся понятными те затруднения, которые возникают при наблюдении полос равного наклона в клиновидной пластинке при широкой диафрагме L. По отношению к трубе Т, которая ориентирована примерно по направлению Q„ полосы как бы нарисованы на поверхности, расположенной вдоль оптической оси трубы. При определенной установке окулярного тубуса видна лишь часть интерференционной картины. Например, для фокусировки по направлению N (расходящиеся лучи) окулярный тубус необходимо выдвинуть от положения бесконечности, а для фокусировки по направлению P (сходящиеся лучи) — вдвинуть в трубу. Чем меньше угол клина, тем меньше сходимость отраженных лучей 2 0 и тем меньше изменение фокусировки трубы, необходимое для рассматривания всего интерференционного поля. Плоскопараллельная пластинка (6 =0) является предельным случаем, когда радиус окружности локализации становится равным бесконечности и кольца равного- наклона становятся резкими во всем поле зрения при установке трубы на бесконечность.
§ 7. Измерение радиусов кривизны по кольцам Ньютона
1. Определение радиусов кривизны линз и испытание качества плоскопараллельных пластинок являются простейшими примерами применения интерференционных методов (полос равной толщины и полос равного наклона) для технических измерений [32] и [71].
7*
99 Радиусы кривизны линз обычно определяются чисто механическим путем — с помощью сферометра. При этом измеряется стрелка А сферического сегмента линзы и радиус сегмента г (фиг. 70). По этим данным радиус линзы рассчитывается по формуле тг h
R = — ~\--. Для наших целей достаточно первого приближения
2 Л
R=
Jl 2 Л
(78)
Погрешность измерения стрелки на сферометре достигает Aft=+ 1 мк. Такая погрешность в большинстве случаев бывает допустимой. Однако в различных точных приборах встречаются ответственные линзы, радиус которых должен быть выполнен и измерен
с большей точностью. Чаще всего такие 1 TN. линзы имеют весьма большой фокус, / порядка 10 м, соответственно большой I" I радиус кривизны R и очень малую J___I______стрелку ft. При этих условиях относительная погрешность измерения радиу-
Atf ДА 2R А. са, равная — = — = — ДА, становится Rhr2
значительной. Если, например, ft= =0,1 мм, то сферометр может дать точ-Д R Д h 0,001 1
ность не выше -- = — =-= —,
R h 0,1 100
т. е. не выше 1 °/о.
-Дії-
Фиг. 70. К выводу формулы сферометра.
Повышение точности возможно за счет уменьшения погрешности ДА, что и приводит к мысли о применении интерференционных методов вместо механических. Метод колец Ньютона, который позволяет измерять стрелку А с точностью я=Ю,03 мк, имеет преимущество перед сферометром в тех случаях, когда радиус кривизны линзы очень велик 1.
Для получения колец Ньютона на линзу накладывается плоская стеклянная пластинка. Кольца наблюдаются в воздушном слое между стеклами вокруг точки контакта обоих стекол. Так как между стеклами находится воздух (я=1) и лучи падают на пластинку нормально (г=0), то вместо общей формулы (73) для разности хода имеем
8 = 2Л + -Ь. (79)
В точке контакта (A=O) получается S= —. Следовательно, система интерференционных колец имеет темный центр. Темные кольца получаются на таких расстояниях от точки контакта, для которых 2А равно целому числу волн: 2h=k\, где k=0, 1, 2, ...
Радиусы темных колец г зависят от радиуса сферы R. Произведя замену в (78) : 2h=k\, получаем
rh=VRk^ = cYk,
(80)
Изучением этого метода занимался Е. Ф. Юдин.
100 где /? — радиус k-ro темного кольца, с — постоянное число, k= =0, 1, 2,... Таким образом радиусы колец пропорциональны квадратным корням из целых чисел (правило Ньютона). При нормальном падении лучей кольца локализованы на сферической поверхности лйнзы.
2. Идея метода состоит в том, что, измерив диаметр интерференционного кольца 2г и зная номер этого кольца k и длину волны X,
гг
можно вычислить радиус линзы R по формуле (80): R= —. Для
kk
Фиг. 71. Схема прибора для измерения радиусов кривизны по кольцам Ньютона.
измерения диаметров колец служит установка, изображенная на фиг. 71. Основной частью установки является обычный измерительный микроскоп, применяемый в лабораториях для самых разнообразных целей. Конструкция прибора, представленного на фигуре, следующая. Отечетный микроскоп M укреплен неподвижно на основании прибора. В фокусе окуляра микроскопа имеется перекрестие. На основании прибора имеется каретка S, перемещаемая микрометрическим винтом Т. Отсчеты перемещений производятся по шкале U (целые миллиметры) и по барабану микрометренного винта T (доли миллиметра). Точность таких приборов 0,005—0,010 мм при длине хода каретки 50 мм. При очень частых интерференционных кольцах, когда расстояние между соседними кольцами становится меньше 0,1 мм, желательно пользоваться более точными приборами, например небольшими компараторами.
101 3. Испытуемая линза Q устанавливается на каретке S так, чтобы вершина линзы приходилась на оси микроскопа, и на линзу накладывается плоская стеклянная пластинка Р. Для того чтобы пластинка P не качалась между ней и линзой Q помещают несколько шариков воска, располагаемых по периферии стекол. Для освещения
