Интерферометры - Захарьевский А.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Обе системы полос должны быть разграничены тонкой линией раздела. Верхний край газовых трубок не дает такой линии. Наклонные пластинки P1 и P2 позволяют выполнить это требование, так как при прохождении через эти пластинки пучки лучей несколько поднимаются. Для этой же цели устанавливается еще третья наклонная пластинка против верхней половины объектива зрительной трубы. Эта пластинка не показана на фигуре.
Для измерений служит следующее устройство. На пути пучков лучей, проходящих сквозь газовые трубки R1 и R2, установлены под углом 45° к оси две одинаковых плоскопараллельных стеклянных пластинки P1 и P2. Пластинка P1 неподвижна, а пластинка P2 может поворачиваться вокруг горизонтальной оси с помощью микрометрен-ного винта S. При этом в нижние пучки лучей вводится добавочная разность хода, величина которой может быть определена по барабану микрометренного винта. Неподвижная пластинка P1 служит для уравнивания разности хода в нижних пучках.
Сам процесс измерений весьма прост и состоит в следующем. Вначале обе трубки наполняются одинаковым газом известного химического состава. Действуя микрометренным винтом S, приводят интерференционные полосы в совпадение и делают первый отсчет по барабану винта. Затем в одну из трубок R вводится испытуемый газ, после чего полосы вновь совмещаются и делается второй отсчет по барабану микрометренного винта. По разности отсчетов с помощью таблиц предварительной градуировки прибора находится
Фиг. 98. Поле зрения интерферометра Рэлея.
134 разность показателей преломления газов или непосредственно процентное содержание примесей в испытуемом газе.
Чувствительность прибора зависит от длины газовых трубок. Разность хода лучей, прошедших сквозь трубки, равна
S= («г—(I1)I=Nl,
где (и2—rii) —разность показателей преломления газов; I — длина трубок и N — число полос, на которое сместилась интерференционная картина. Если установки производятся с точностью до некоторой доли полосы &N, то погрешность измерения показателя преломления Ati определится из формулы
дп -I=IiN- X.
По этой же формуле можно рассчитать длину трубок, исходя из требуемой точности измерений. Если, например, требуется определять разность показателей с точностью до седьмого десятичного знака, то, подставив Дя=1 • 10"?, Х = 0,00055 мм и считая, что измерения производятся с точностью до V20 полосы, находим
, ANX 0,05-0,00055 ОГ1Л
/ = — = -——— MMfa 300 мм.
Д п МО-7
Таким образом газовые трубки должны быть довольно длинными. В реальных конструкциях длина трубок достигает 1 м и даже 2 м.
При испытании жидкостей длина трубок берется от 1 до 50 мм, точность же измерений получается соответственно меньшая.
Чтобы сократить размеры прибора, прибегают к схемам, при которых свет проходит через газовые трубки дважды, благодаря чему прибор может быть сделан в два раза короче.
Если прибор предназначен для вполне определенных работ, например, для определения процентного содержания углекислого газа в воздухе, то предварительная градуировка прибора может быть произведена прямым путем. Для этого приготовляют несколько смесей воздуха с различным известным содержанием углекислого газа и поэтам омесям определяют значение нескольких точек шкалы барабана микрометренного винта. Промежуточные точки находятся интерполированием. [4] и [6].
2. В данном приборе мы встречаемся с одним из типов компенсаторов, которые применяются в различных интерферометрах для введения небольших добавочных разностей хода. Будучи снабжены отсчетными приспособлениями, компенсаторы служат в качестве измерительных устройств. Качающаяся наклонная плоскопараллельная пластинка P2 (см. фиг. 97), установленная под углом і к пучку падающих лучей (см. фиг. 99), вводит следующую разность хода S. В отсутствии пластинки путь от точки а до произвольной точки е равен ае\ при введенной пластинке путь от а до с равен п • ab + bc, где п — показатель преломления. Если линия ее перпендикулярна к выходящему лучу, то разность хода равна
8= [nab + bc\ — ае,
135 или
3 = nab — af.
После различных подстановок и преобразований с помощью формул
ab =—— ; sin г = я sin г; af= ab cos (і— г)
cos г
получим
8 = А (V п2 —SinH- COS і).
(100)
Эта разность хода целиком компенсируется пластинкой P1 (см. фиг. 97), которая имеет такую же толщину h и установлена под тем же углом і, так что в приборе имеет значение только та малая
Jo
Фиг. 99. Ход лучей в наклонной пластинке.
K1
Фиг. 100. Компенсатор с подвижным клином.
добавочная разность dS, которая получается при поворотах пластинки на небольшие углы dl из первоначального положения. После дифференцирования равенства (100) получаем
db = h sin і
1
cos і "І
rHi — sinЧ J
dt.
(101)
Компенсаторы обычно обладают тем свойством, что позволяют вводить весьма малые разности хода с помощью сравнительно грубых средств. Формула (101) показывает, что для одного и того же значения dt величина dS пропорциональна h и что, следовательно, применяя более тонкие пластинки, можно пользоваться более грубыми микрометрическими винтами.
