Интерферометры - Захарьевский А.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Интересно сопоставить между собой чертежи интерференционных схем из различных курсов физики. На фиг. 178 представлены
249. чертежи из книг Р. Поля [10] (стр. 115, фиг. 165), Р. Вуда [11] (стр. 208, фиг. 123 и стр. 213, фиг. 126—127) и Г. С. Ландсберга [12] (стр. 62, фиг. 27). Общим недостатком всех трех чертежей является то, что на них не обозначено положение источника света и положение плоскости, в которой наблюдается интерференция (поле интерференции) . Иначе говоря, не выполнено общее правило для черчения интерференционных схем, которое состоит в том, что через выбранную точку интерференционного поля проводят интерферирующие лучи, выходящие из одной и той же точки источника света. Число этих лучей соответствует числу ветвей интерферометра и в случаяіх,
изображенных на фиг. 178, равно двум. По этому правилу построена фиг. 179, которая разъясняет смысл чертежей фиг. 178.
В случае фиг. 179,а источник света А и поле интерференции В расположены на произвольных конечный расстояниях от пластинки. В случае фиг. 179,6 (сравнить с фиг. 178,а) источник света находится на произвольном расстоянии, а поле отнесено на бесконечно далекое расстояние. Случай фиг. 179, в (сравнить с фиг. 178,6) противоположен предыдущему: поле находится на произвольном конечном расстоянии, а источник света — в бесконечности. В случае фиг. 179,г (сравнить с фиг. 178,в) и поле и источник света удалены в бесконечность. В первых трех случаях (фиг. 179,а б, в) источник света А не сопряжен с полем В и поэтому через каждую точку поля проходит только два вполне определенных луча, показанных на фигуре. Углы пересечения ш указывают ширину интерференционных полос е, которая равна [см. формулу (46)]:
<? = —. (126)
W
Угол ? определяет критическую ширину источника света (щели) Ь, при которой контрастность полос падает до нуля; критическая ширина щели равна [см. формулу (64)]
й = (127)
По принятой терминологии в случае фиг. 179,5 получаются полосы равного наклона, в случае 179,6 — полосы равной толщины и в случае 179,а — полосы смешанного типа.
Фиг. 179. Интерференция в плоскопараллельной пластинке.
250. Особенность случая фиг. 179,г состоит в том, что здесь плоскости А и В являются сопряженными. Поэтому через каждую точку поля можно провести сколько угодно лучей, помимо тех, которые показаны на фигуре. Углы сходимости лучей здесь не имеют того строгого смысла, как в предыдущих схемах. Однако сама идея — помещать источник света в плоскости, сопряженной с интерференционным полем,-— оказывается, как мы увидим ниже, настолько плодотворной, что она может быть положена в основу теории интерферометров.
Число примеров такого несогласованного, а иногда и противоречивого освещения частных вопросов теории можно было бы увеличить. Ряд понятий и терминов, относящихся к интерферометрам, например, поднятие о локализованных и нелокализованных полосах, понятие о полосах равного наклона и полосах равной толщины, различными авторами понимается различно. Даже понятие о когерентности, которое имеет вполне ясный физический смысл, в некоторых курсах оптики (например, у Р. Поля [10], стр. 102—104) заменяется чисто формальными правилами.
Какие же требования могут быть предъявлены техниками-оптиками к теории интерферометров? Прежде всего, учитывая !сложность современных интерферометров, необходимо развивать теорию на основе наиболее общих понятий физики и прикладной оптики, по возможности вне зависимости от конкретных подробностей устройства той или иной схемы. В этом отношении хорошим примером может служить Гауссова оптика. Во-вторых, в теории интерферометров должно быть использовано максимальное число понятий и количественных зависимостей, известных из теории прочих оптических приборов. Напротив, число новых понятий, вводимых для разъяснения свойства интерферометров, должно быть минимальным. В-третьих, теория и ее выводы должны быть настолько просты, как это требуется для технических расчетов. Теория должна давать непосредственные и простые указания методов испытания, приемов регулировки и т. п. Желательно, чтобы теория интерферометров являлась органической частью общей теории оптических инструментов.
§ 30. Характеристики интерференционного ПОЛЯ
Перечислим вкратце еще раз те харак- фйг ш Интерференцион-теристики, которыми пользуются для ное n0jig
описания интерференционной картины (фиг. 180).
1. Каждой точке интерференционного поля соответствует определенная разность хода S, равная разности оптических путей в двух ветвях интерферометра.
251. Так как интерференционная полоса соединяет такие точки поля, для которых S=COnst, то, вычислив S для всех точек поля, можно определить форму полос и их распределение по полю. Вместо разности хода часто указывается номер полосы или по иной терминологии — порядок интерференции, который равен
N = -J-. (128)
Как было разъяснено в § 5, форма и ширина полос могут быть также определены из чисто геометрических соображений — по положению выходных зрачков интерферометра.
2. Так называемая «яркость» интерференционной картины определяется освещенностью в светлых полоса«, которую мы будем обозначать через E31. Освещенность Em зависит от яркости примененного источника света, от размеров входной диафрагмы интерферометра и от потерь вследствие отражений и поглощения света з системе интерферометра.
