Интерферометры - Захарьевский А.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Следующее условие для получения интерференции заключается в том, чтобы разность хода интерферирующих лучей не была слишком велика. Интерферирующие волны должны принадлежать к одному и тому же акту испускания атома. В противном случае разность фаз не будет сохранять постоянного значения. В технических интерферометрах разность хода не превышает 100—200 мм.
Итак, вследствие особых свойств процесса излучения света интерферировать между собой могут только лучи одной и той же
22 длины волны, вышедшие из одной и той же светящейся точки, при не слишком большой разности хода.
2. Интерференционные явления получаются в некоторой ограниченной области пространства, где может осуществиться встреча когерентных волн или лучей. Во время наблюдений фиксируется определенная поверхность или плоскость, расположенная в этой области, которую можно назвать полем интерференции. Таким полем будет, например, фокальная плоскость лупы или микроскопа, через которые рассматриваются полосы, плоскость фотографической пластинки и т. п. Выбор местоположения поля
интерференции зависит от различных обстоятельств и в известной мере произволен.
Через каждую точку поля должно проходить не менее двух интерферирующих лучей. Кроме того, для получения интерференции должны быть выполнены еще некоторые условия, смысл которых будет выяснен ниже.
Фиг. 11. Интерференционные схемы. Фиг. 12. Образование оптического
изображения как особый случай интерференции.
Л и ? два луча, выходящие из светящейся точки L, сведены в точку поля P с помощью зеркала А или призмы В. Очевидно, что путь (LP)2 длиннее пути (LP)1 и разность хода в точке P равна S=(LP)2—(LP)1. На схеме В показан способ получения когерент-яых лучей из одного первичного луча путем его расщепления. Для этой цели служит стеклянная, непосеребренная, клиновидная пластинка С. Большая часть света проходит сквозь пластинку по направлению Q и не участвует в интерференции. У поверхностей пластинки отщепляются лучи 1 и 2, яркость которых составляет около 5% яркости первичного луча. Эти лучи и соединяются друг с другом в точке поля Р. В частных случаях интерферирующие лучи могут сливаться друг с другом, как это показано на схеме Г.
Схема фиг. 12 приведена для того, чтобы подчеркнуть разницу между интерференционными и обычными оптическими схемами. Два луча, выходящие из точки L, проходят через линзу E и соединяются
23 в точке Р. Эту схему также можно рассматривать как интерференционную, но при этом надо заметить, что в отличие от схем фиг. 11 разность хода интерферирующих лучей здесь равна нулю, т. е. S=(LP)2-(LP)1=0.
Дальнейшее отличие состоит в том, что точка P на *фиг. 12 не может быть выбрана произвольно, а является особенной, единственной точкой пространства, сопряженной с точкой L. Через эту точку проходят не только два луча, изображенных на фигуре, но все вообще лучи, падающие от точки L на линзу Е. На схемах же фиг. 11 через точку поля P проходят только два луча, показанные на фигуре. Если изменить положение точек Р, то на фиг. 12
будет провести только один луч; на схемах фиг. 11 от точек L к новым точкам P можно провести попрежнему по два луча.
4. Для первоначального ознакомления с различными вопросами, которые встречаются при изучении интерферометров, рассмотрим подробно опыт Френеля с двумя зеркалами, хорошо известный из. курсов физики.
Два зеркала S1 и S2 (фиг. 13) установлены* друг к другу под углом S1OS2 (180°—8 ), близким к 180°. Линия пересечения зеркал перпендикулярна к плоскости чертежа и находится в точке О. Рассмотрим не осуществимый на практике идеальный случай, когда для освещения применен монохроматический источник света бесконечно малых размеров, светящаяся «точка» L, лежащая в плоскости чертежа. Допустим также, что зеркала строго плоские, хотя в действительности опыт Френеля может быть произведен и с зеркалами сравнительно низкого качества. Лучи, выходящие из точки L, отражаются от обоих зеркал, после чего получаются Два мнимых когерентных изображения L1 и L2, лежащих на окружности, проведенной вокруг точки О радиусом OL; дуга LtL2 равна 2 0.
5. В свете волновой теории точка L является центром сферических волн, падающих на зеркала S1 и S2. После отражения получаются две системы сферических волн с центрами в L1 и L2. Эти си~
24 стемы отчасти перекрываются, и в области наложения волн друг на друга возникает интерференция. Интерференционные полосы наблюдаются на экране BB, который может быть установлен в любом месте области интерференции и может считаться плоскостью или полем интерференции.
Соответственно формуле (24) усиление освещенности экрана будет наблюдаться в тех местах, где фазы колебаний совпадают, т. е. при разности фаз 4>=0 или ф =2iW, где N — целое число. Этим значениям ф соответствуют разности ходов, равные целому числу дли» волн: S=ArX. Ослабление или полное отсутствие освещенности будет происходить согласно формуле (26) при прямо противоположных фазах: ^== (2^.+11)^, т. е. при разности хода S, равной нечетному
числу полуволн S=(2iV+ l) -у. Чтобы найти положения этих максимумов и минимумов освещенности, можно построить вокруг точек L1 и L2 системы сферических волновых поверхностей через интервал X. Жирные линии, соединяющие на фигуре точки пересечения окружностей, в первом приближении являются прямыми. Вдоль этих линий разность хода сохраняет постоянное значение, равное целому числу волн, и поэтому здесь наблюдается наибольшая освещенность экрана. В промежутках находятся участки, соответствующие прямо, противоположным фазам и минимумам освещенности.
