Волновая оптика - Калитеевский Н.И.
ISBN 5-06-003083-0
Скачать (прямая ссылка):
246
Однако это не всегда возможно. Дело в том, что ширина исследуемой структуры не должна превышать расстояния между двумя соседними максимумами интерференционной картины, иначе произойдет наложение структур из двух соседних порядков интерференции. В § 5.5 указывалось, что при ширине исследуемой структуры Ак, равной к/т, т-й и {т + 1)-й максимумы интерференционной картины совпадут. Таким образом, получается условие
8к = к/т = к2/(21), (5.77)
связывающее ширину исследуемой структуры и допустимое расстояние между пластинами интерферометра. Значение А к, определяемое (5.77), обычно называют областью свободной дисперсии интерферометра Фабри—Перо.
Оценка А к при выбранных выше значениях (Z = 0,5 см; к *
* 5 • 10'5 см) приводит к допустимой ширине структуры, примерно равной 0,25А. При больших значениях I область свободной дисперсии А к становится еще меньше. Это значит, что интерферометр Фабри—Перо следует использовать лишь для исследования контуров спектральных линий, выделенных каким-либо более грубым спектральным прибором.
Поэтому обычно применяют следующую систему фотографического излучения структуры линий. Интерференционные кольца проецируют объективом Ь2 на щель какого-либо спектрографа, в фокальной плоскости которого получается система спектраль-
I
I
§
*
5.59. Структура линии 233U; А = 5915А (I = 5 мм)
247
ных линий, пересеченных интерференционными кривыми равного наклона. Если кольца расположены симметрично относительно щели спектрографа, то каждая линия будет пересечена системой симметричных участков колец, расстояние между которыми (в шкале длин волн) равно Х2/(21). Если линия состоит из нескольких компонент, то можно измерить, какую долю от АХ составляет расстояние между компонентами, и оценить их относительную интенсивность.
На рис. 5.58 представлен образец такой интерферограммы, полученной в ранних работах М.П.Чайки.
Это участок спектра одного из изотопов урана 233U, сфотографированный через интерферометр Фабри—Перо. На снимке видна линия 5976А с четкой структурой, состоящей из шести компонент, расстояние между которыми можно измерить с большой точностью. В теории атомных спектров доказывается, что такое расщепление линии (сверхтонкая структура) возникает в результате взаимодействия атомного ядра с электронной оболочкой атома. Результаты изучения сверхтонкой структуры позволяют определить основные ядерные константы. В данном случае однозначно определяется механический момент (спин) ядра исследуемого изотопа урана. На той же фотографии видна яркая линия урана (5915А), ширина которой больше области свободной дисперсии интерферометра Фабри—Перо при I — 10 мм. Поэтому разные порядки интерференции наложились и структура линии не может быть разрешена. На рис. 5 .59 показана структура этой линии, полученная при вдвое меньшем расстоянии между зеркалами интерферометра. В этом случае нет переналоже-ния порядков интерференции. Линия хорошо разрешена также на шесть компонент. Если попытаться при таком значении I (5 мм) сфотографировать линию 5976А, то столь хорошо разрешенной структуры, как на предыдущей фотографии, не будет. Каждая компонента станет шире, и все они сольются. Другими словами, разрешающая сила интерферометра в данном случае недостаточно велика. Надо увеличивать коэффициент отражения зеркал или (что и было сделано) использовать большее расстояние между зеркалами
U t !
X ш I
5.60. Участок спектра стандартного источника света (8вКг-лампа), сфотографированный через интерферометр Фаб-ри-Перо (/ = 10 см):
I — первичный эталон длины — оранжевая линия криптона А. = 6058А; II — красная линия криптона (вторичные эталоны длины А. — 6458А и А. = 6423А); III — лиияя А. — в328А неон-гелиевого лазера, генерирующего на одной моде
248
интерферометра. Выше уже указывалось, что интерферометр Фабри—Перо служит основным прибором для проведения метрологических измерений. На рис. 5 .60 представлены участки спектра при освещении интерферометра, скрещенного со спектрографом, светом стандартного источника света (86Кг-лампа) и неон-гелиевого лазера, генерирующего на одной моде.
Несмотря на очень большое расстояние между отражающими слоями, достигающее 10 см, резкость интерферограммы I для линии 6058А изотопа 86Кг, выбранной в качестве международного стандарта длины, весьма велика. Еще лучше интерферо-грамма III лазерной линии 6328А, иллюстрирующая перспективность использования одномодового излучения лазера в метрологических целях. Однако изучение вопроса о том, сколь постоянна в разных опытах длина волны лазерного излучения, еще нельзя считать законченным.
Стремление определить исходный эталон длины с очень большой точностью, на первый взгляд, представляется неоправданным . Для того чтобы оценить необходимость таких измерений, вернемся к рассмотрению упоминавшейся выше задачи о прецизионном определении важнейшей константы — скорости света в вакууме (см. § 1.4). Напоминаем, что в этих опытах одновременно измерялись длина волны и частота стабилизированного инфракрасного лазера и было показано, что погрешность определения с = Xv оказывается непосредственно связанной с точностью первичного эталона длины. Действительно, длину волны стабилизированного неон-гелиевого лазера можно интерферо-метрически измерить с очень малой погрешностью (~10~4А). Для установления абсолютного значения X необходимо сравнение ее с первичным эталоном (длина волны спектральной линии Хввк = = 6058А изотопа 86Кг), которое не может быть проведено с точностью, превышающей точность первичного эталона. По некоторым причинам (небольшая асимметрия линии 86Кг, кривизна зеркал интерферометра) первичный эталон определен с относительной погрешностью 3 • 10"9, которая и лимитирует возможность более точного измерения длины волны исследованного лазера.
