Интерферометры - Захарьевский А.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Работа с большими гониометрами протекает медленно и требует большой аккуратности. Для измерений требуются образцы в виде призм довольно большого размера с двумя плоскими полированными поверхностями, что также относится к недостаткам гониометрического метода.
Для текущих производственных испытаний применяются также рефрактометры, принцип действия которых представлен на фиг. 159. Испытуемый образец (пластинка) стекла накладывается на эталонный кубик, показатель преломления которого известен и равен N. Скользящий луч (її=90°) выходит из кубика в воздух под углом I. Измерив угол і и зная N, можно вычислить показатель преломления образца п по формуле
Я = ]/ЛГ2 — sin2*.
217. Погрешность An, зависящая от погрешности Al, равна
An=dJL Ai= gln'c0" Wrr^V -N1 + пг) д . (115)
di Y № — sin2 і у п*
Коэффициент при Дг дважды превращается в нуль: при n==N, для которого і=0°, и при п= VlV2-I, для которого і = 90°. При этих значениях показателя п допустимы очень большие погрешности Дг. Максимальное значение коэффициента получается при
п = |/"му Л,г_1. В этом случае угол і близок к 45°. Подставив
данное значение п в формулу для An, найдем
AtKiN-VNr-І) Ai.
h
Фиг. 160. Схема для наблюдения дифракции при введении пластинки в часть светового пучка.
Показатели N у призм рефрактометров берутся в пределах от 1,7 до 1,9. При этих значениях можно приближенно считать, что
Дп<0,3 At. (115')
Таким образом, для обеспечения точности Дп= + 1 • 10~4 достаточно измерять углы с точностью Ді=0,0003=Г. Благодаря этой особенности угломерное устройство рефрактометров бывает гораздо проще и грубее, чем у гониометров. Вместе с тем сокращается и время, необходимое для измерений.
Рефрактометрический метод есть метод зависимый, так как показатель эталонной призмы N должен быть измерен особо, например, на гониометре. Метод также требует образцов в форме прямоугольных пластинок с плоскими полированными поверхностями.
3. В описываемых ниже интерференционных методах мы встречаемся с особым случаем дифракции от двойной щели. Схема, соответствующая этому случаю, "представлена на фиг. 160. Коллима-
218. тор К имеет в фокальной плоскости своего объектива щель, освещаемую монохроматическим светом. Между коллиматором и зрительной трубой T помещается прямоугольная диафрагма D, половина которой закрыта плоскопараллельной стеклянной пластинкой Р. По сравнению со схемой фиг. 94 и со схемой интерферометра Рэлея (см. фиг. 97) данная схема отличается тем, что две щели здесь непосредственно примыкают друг к другу. Расстояние между серединами щелей [см. формулу (98)] равно а=р. В том случае, когда пластинка отсутствует, вместо формулы (98) мы имеем обычную формулу для дифракции от одной щели, ширина которой равна 2р:
sin*
Ъірл
Ea — Eі
о'
т'
Схема фиг. интерферометра
Л
6
? 6
160 отличается от схемы Рэлея лишь особым распределением энергии в дифракционном изображении щели. Если толщина слоя стекла непрерывно изменяется, чего можно достигнуть путем поворота пластинки, то всякий раз, когда разность хода равна целому числу воли N, в центре дифракционного изображения находится светлая полоса порядка N. Если же разность хода равна нечетному числу полуволн, то в центре дифракционного изображения получается темная полоса. Смена этих картин происходит путем постепенного смещения полос. В нижней части фиг. 160 показан различный вид изображения при изменении разности хода
через -J- •
Распределение освещенности в изображении более подробно иллюстрируется графиками фиг. 161, которые рассчитаны
через — . На этих графиках мы можем проследить сдвиг нулевого 6
максимума вправо и постепенную смену его полосой N= 1. При дальнейшем увеличении толщины пластинки весь цикл повторяется в той же последовательности. В монохроматическом свете полосы различных порядков не отличимы друг от друга.
4. Интерференционные явления, вызываемые пластинкой, введенной в пучок лучей, продолжают существовать и в том случае, когда плоскость, установки не сопряжена со щелью коллиматора.
Фиг. 161. Распределение освещенности в дифракционном изображении светящейся щели при введении пластинки в часть светового пучка.
219. В методе Обреимова (см. ниже) использована интерференция, наблюдаемая на границе геометрической тени прозрачной пластинки. Соответствующая схема (фиг. 162) отличается от схемы фиг. 160 тем, что в ней отсутствует зрительная труба и явления наблюдаются на экране В установленном на расстоянии I от пластинки Р. Освеїще-ние попрежнему монохроматическое.
На фигуре изображены падающая волна W и две прошедших полуволны W1 и W2. Освещенность на границе геометрической тени создается лучами, проходящими в слойх воздуха и стекла у ребра пластинки. Толщина этих действующих слоев соизмерима с радиусом первой зоны Френеля, который, как известно, равен г= IZr Ir.
Фиг. 162. Схемы для наблюдения дифракционных полос в области тени от края прозрачной пластинки.
При /=100 мм толщина слоев имеет порядок г= Y 100 • 0,00055'» я«0,2—0,3 мм. В общем, явление имеет тот же характер, что и при схеме фиг. 160. На границе геометрической тени наблюдаются светлые или темные полосы, которые при непрерывном изменении толщины пластинки сдвигаются и постепенно сменяют друг друга. Убрав экран, можно наблюдать эти явления через лупу О (фиг. 162,11), сфокусированную на плоскость В.
