Интерферометры - Захарьевский А.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Первоначальная конструкция этого интерферометра представлена на фиг. 105. Назначение частей понятно из предыдущего изложения. Каретка с зеркалом S2 устроена наподобие супорта токарного станка и передвигается по станине с помощью микрометренного винта; А — зрительная трубка, которая при наблюдении полос равной толщины должна быть сфокусирована на плоскость зеркала S2.
В правой части фиг. 105 показано осветительное устройство, схема которого представляет собой обычный спектроскоп. L — спектральная лампа кадмиевая или ртутная. Свет лампы разлагается
141 Фиг. 105. Первоначальная конструкция интерферометра Майкельсона.
кельсона. призмой в спектр, из которого диафрагма выделяет необходимую спектральную линию.
Проследим ход интерферирующих пучков лучей для центра поля при наблюдении полос равной толщины. Поле интерференции находится в плоскости В, совпадающей с зеркалом S1. Центр поля отмечен точкой (фиг. 106). Для каждой ветви интерферометра необходимо построить такой конус лучей, вершина которого по отношению к объективу O2 находилась бы в центре поля В. Пучок первой ветви показан сплошными линиями. Выходя из коллиматора,, этот пучок должен сходиться в центре поля Blt которое является изображением поля В в пластинке М. Тогда после отражения от пластинки M действительная точка сходимости получается в центре поля В.
Пучок лучей второй ветви интерферометра показан пунктирными линиями. После выхода из коллиматора этот пучок должен сводиться в центре поля B2, которое является изображением поля B1 в зеркале S2. После отражения от зеркала S2 действительная точка сходимости будет в центре поля B1. Затем, после отражения от пластинки M этот пучок сливается с пучком первой ветви интерферометра.
Коллиматор К и два поля B1 и B2 можно отнести к пространству предметов. Этот случай соответствует схемам фиг. 49 и 50,/. Расстояние между полями B1 и B2 равно удвоенной толщине мнимой пластинки (фиг. 102) c=2h; эту величину надо подставлять в фок мулу (69) при расчете допустимой апертуры. Если зеркала Si и S2 находятся на одинаковых расстояниях от пластинки М, то поля B1 и B2 сливаются в одно.
§ 14. Интерференция в белом свете при дополнительном слое стекла в одной из ветвей интерферометра
1. Для различных работ часто пользуются интерференцией в белом свете. Объясняется это тем, что в белом свете видно небольшое число полос. Центральная полоса бесцветна и резко выделяется из ряда других. За ней очень удобно следить, особенно в тех случаях, когда в системе полос имеются резкие скачки или разрывы.
Трудности, встречающиеся при изготовлении интерферометров, работающих в белом свете, объясняются тем, что в этом случае должны быть строго уравнены толщины стекол обеих ветвей. Можно высказать следующее идеальное условие для получения интерференции в белом свете: оптические длины двух ветвей интерферометра должны быть равны друг другу для всех длин волн. Это требование разделяется на два: 1) в обеих ветвях должны быть равны между собой пути в воздухе; 2) стекла, находящиеся в двух ветвях интерферометра, должны иметь одинаковый показатель и дисперсию; толщины стекол в обеих ветвях должны быть равны между собой.
В реальных интерферометрах второе из этих условий выполняется лишь с известной степенью строгости. Например, в интер-
14.3- ферометре Майкельсона (см. фиг. 104) компенсатор К и разделяющая пластинка M могут иметь небольшую разность толщин или небольшую разность показателей преломления. В интерферометре Рэлея (см. фиг. 97) дополнительный слой стекла вводится по необходимости в процессе измерения — при наклонах пластинки P2. Как при проектировании интерферометров, так и при работе с ними важно знать те явления, которые возникают при включении добавочного слоя стекла.
Безразлично, какой тип интерферометра взять для изучения; сделанные выводы будут относиться к любой схеме. Рассмотрим схему фиг. 107, на которой L1 и Li — две когерентные светящиеся точки (выходные зрачки интерферометра), находящиеся в одинаковой фазе; В — поле интерференции. Точка а — центр поля — лежит на перпендикуляре к середине линии, соединяющей точки L1 и L2.
В центре поля разность хода равна нулю для всех длин волн
Sa-L1U-L2U=O.
Чтобы найти разность хода в какой-нибудь точке поля Ь, надо вокруг этой точки описать окружность, проходящую через L2. Отрезок X, отсекаемый этой окружностью от луча Ltb, представляет разность хода
bb=L1b—L2b=x.
Величина X одинакова для всех длин волн, порядок же интерференции для различных длин волн различен и равен
Фиг 107. Интерференция в белом свете. Распределение полос.
M
X
А
Чем короче длина волны, тем больше частота полос. На диаграмме в нижней части фиг. 107 представлены две системы полос, которые получились бы при спектральных линиях ChF, причем для нагляд-
ности чертежа условно принято
= 3/-2. Место нулевой полосы
показано жирнои линиеи.
Если точки L1 и L2 белые, то получаются цветные интерференционные полосы. Происхождение цветов было рассмотрено на стр. 38 и объясняется выпадением больших участков спектра. По мере удаления от центра цвета становятся бледнее и, наконец, полосы становятся не отличимы от общего белого фона. Соответствующий спектр содержит небольшое число равномерно расположенных максимумов и минимумов.
