50. Различные виды интерферометров (интерферометры Жамена, Рождественского, Майкельсона)

Интерферометр – это оптич.устр-во,с пом-ю к-го можно пространственно разделить 2 луча и созд.м/у ними опред.разность хода.Реш-ся задачи:опред.показателей преломл.,измер.длин,углов,исслед.спектр-го состава излучения,опред.размеров ист-ка.Интерф.картина не цель исслед-я,а средство измер-я

. 1)Инт-р Жамена. Прибор сост.из 2х 1/2 , разрез.поперек плоско||-й стекл.пластиной, к-е разведены на расс-я 20-100см и II др/др. На пути интерферир.лучей распол.2 трубки с исслед.газами /жидк.Чтобы лучи разд.значит., толщина пластин д.б.большая. Для наблюд-я стабил.ИК необх.температ.стабилизм-я. Для этого прибор лучше заключить в кожу и выждать когда t в V выров-ся. Пластины д.б.обработ.с высок.точн-ю, из в-во д.б.однород.Если пластины II, разность хода Δ=0 и поле зрения в оптич.трубе будет равномерно освещено. Если же чуть наклонить одну из пл., то появ-ся интерф.полосы. Они и будут тем уже, чем > угол наклона.

Пусть теперь 1 трубка заполн.возд.при атм.давл., а др.- возд.при др.давл. При этом показатели преломл.в трубках будут разн., т.к. плот.возд.отлич.Пусть -длина кажд.из труб, n₂- показ.прелом. исслед.газа(возд. при давл.≠атм.), а n₁-при атм.д.Тогда разность хода измен-ся на след.вел-ну:

n₂-n₁ = (n₂-n₁) (1) т.е. Δ’ = (n₂-n₁) Если эта внесенная разн.хода, выраж.в волн равна λ , то вся ИК сместиться на m полос, где m м.б.и дробн.числом. Т.обр.меняя давл.в исслед.трубке от норм. до исслед-го, мы будем смещать ИК и общее смещ.будет = m полосам.

m λ = (n₂-n₁) => n₂-n₁ = (2) Измерив смещ-я мы опред. m.Зная m , λ, и n₁, наход. n₂ исслед. газа или др.в-ва. Опыт показ.,что смещ-е в m≈0.1 можно наблюдать челов.глазом.Пользуясь (2): Δn= n₂-n₁ – разница показат.прелом. в трубках. Чувств-ть метода огромна. (n₂-n₁)_min = m_min ≈10^-7 – инт-р чувств.разницу в 7 знаке.

И.Жамена исп-ся для сравн.исслед.газа с хорошо изуч-м(возд). При помощи инт-в можно измерять: показ-ли прелом.газов, мал.измер-я давл.и темп.Однако, прибор оч.чувствит. к внеш. возд-м. Даже близко поднесен.рука нагрев.воздух и изм-ет ИК. Нагрев. пластин также ведет к искаж-м. Инт-р Жамена удобен для объясн-я принципа работы интер-в, но в совр.исслед-х его не исп-ют.

2) Инт-р Рождественского. При || зеркалах Δ=0. Если изм-ть наклон одного из зеркал, появится ИК. Этот инте-р менее чувствит.к тепл.искаж-м, т.к. толщина стекл.пластин небольшая. 3) Инт-р Майкельсона. Монохром. свет от ист-ка S падает под углом 45° на плоско-|| пластинку P₁. Сторона пластинки, удал. от S, посеребр. и полупрозр., раздел.т луч на 2 части: луч 1 (отраж. от посеребр. слоя) в луч 2 (проходит через него). Луч 1 отраж. от зеркала M₁ и, возвращаясь обратно, вновь проходит ч/з пл. P₁ (луч 1'). Луч 2 идет к зеркалу М₂, отраж. от него, возвращ. обратно и отраж. от пластинки Р₁ (луч 2'). Так как 1й из лучей проходит сквозь пл. Р₁ дважды, то для компенсации возник-й разн. хода на пути 2го луча ставится пл.Р₂ (. как и Р₁, только не покрытая слоем серебра). Лучи 1' и 2' когерентны; => будет наблюд-ся интерф-я, рез-т к-й завис. от оптич. разн. хода луча 1 от точки О до зерк. М₁ и луча 2 от точки О до зерк. M₂. При перемещ. одного из зеркал на рас-е ₀/4 разн. хода обоих лучей увел-ся на ₀/2 и произойдет смена освещенности зрит. поля. => по незначит. смещ-ю ИК можно судить о малом перемещ. одного из зеркал и исп-ть инт-р Майкельсона для точного (порядка 10^–7 м) измер. длин (измер-я длины тел, длины волны света, измен. длины тела при измен. темп. (интерференционный дилатометр)). Российский физик В. П. Линник (1889—1984) исп. принцип действия ин­т-ра Майкельсона для созд-я микроинтерферометра (комбинация инт-ра и микроскопа), служ. для контроля чистоты обработки пов-ти.

51.интерференция в тонких плёнках. Вывод формулы для разности хода. Полосы равного наклона. Полосы равной толщины.Плас. счит. тонк. , если толщина с сравнима с длиной волны. Рассм. плоскопарал. пласт. толщ. d с показ. прелом. n. Пласт. освещ. точечн. источ.света S монохр.волны. Исслед. ИК на экране. Источник и экран удалены на большое расст. по сравн. с её толщ. расст.

На экране интер. 2 волны: отраж. от перед. и задн. поверх.пластинки.Многократ. отраж. внутри пласт. можно принебречь.Интер. волн 1 и 4 имеют почти один. интенс. Они когерентны и поэт. на экране набл. устой. И.К. с бол. контрастностью. Кразн. точ. экрана лучи приход. с различ. разнос. хода, поэт. на экране набл. интер. полосы. Для вычисл. разн. хода падающ. и обращ. лучи могут счит. примерно парал.

(1)

Ост. лучи. тоже один.

(2)Необходимо вычисл. поправку :

При отраж. луча от оптич. более плотн. среды происх. скачок нач. фаз на , что соотв. доп. разности хода

При отраж. скачка фазы нет. Для опред. выдел. знак -.

(3)

Запиш. усл. max и min отраж.света, если m- целое- max, m- не целое- min

(4)

Если S точеч. и монохром., то их сущ. везде, во всём верхнем полупростран. И как бы мы не располог. экран будут выдел. полосы той или иной формы. Говорят, что ИК не локализована. Чаще всего однако источ. не явл. точеч. В в точку наблюд. приход. по 2 интер. луча от каждой точки источника. В резул. если источ. достаточ. бол., то интер. картина от разн. точек так перем., что полосы перест. быть видимыми. источники 1 и 2 некогер. и созд. независимые ик, налаг. др. на др. , след. на экране появ. ик отсутствует. Сущ. лишь 2 ситуац., когда ик может наблюд: полосы равного наклона и полосы равной толщины.

1. полосы равного наклона

Необх. пласт. пост. толщины.d с однор. показат. n. На экран помещ. в фокал. пл-ти собир. линзы.источники 1 и 2 некогер, но образ. ик в точности совп.: при один. угле падения разн. хода интер. лучей одинакова , где бы они не раздел. ИК от раз. точек суммир. и усилив. др. др. На экране видны яркие полосы равн. накл., т.к. разн. хода завис. только от , а свет падает на пласт. под различ. углом.2. Полосы равной толщины (интерференция от пластинки переменной толщины). Пусть на клин (угол  между боковыми гранями мал) падает плоская волна, направле­ние распространения которой совпадает с параллельными лучами 1 и 2 (рис. 251). Из всех лучей, на которые разделяется падающий луч 1, рассмотрим лучи 1' и 1", отразившиеся от верхней и нижней поверхностей клина. При определенном взаимном положении клина и линзы лучи 1' и 1" пересекутся в некоторой точке А, являющейся изображением точки В. Так как лучи 1' и 1" когерентны, они будут интерферировать. Если источник расположен довольно далеко от поверхности клина и угол  ничтожно мал, то оптическая разность хода между интерферирующими лучами 1' и 1" может быть с достаточной степенью точности вычислена по формуле где d — тол­щина клина в месте падения на него луча. Лучи 2' и 2", образовавшиеся при делении луча 2, падающего в другую точку клина, собираются линзой в точке А'. Оптическая разность хода уже определяется толщиной d'. Таким образом, на экране возникает система интерференционных полос. Каждая из полос возникает при отражении от мест пластинки, имеющих одинаковую толщину (в общем случае толщина пластинки может изменяться произвольно). Интерференционные полосы, возникающие в резуль­тате интерференции от мест одинаковой толщины, называются полосами равной толщины.Так как верхняя и нижняя грани клина не параллельны между собой, то лучи 1' и 1" (2' и 2") пересекаются вблизи пластинки, в изображенном на рис. 251 случае — над ней (при другой конфигурации клина они могут пересекаться и под пластинкой). Таким образом, полосы равной толщины локализованы вблизи поверхности клина. Если свет падает на пластинку нормально, то полосы равной толщины локализуются на верхней поверхности клина.3. Кольца Ньютона. Кольца Ньютона, являющиеся классическим примером полос равной толщины, наблюдаются при отражении света от воздушного зазора, образованного плоскопараллельной пластинкой и соприкасающейся с ней плосковыпуклой линзой с большим радиусом кривизны (рис. 252). Параллельный пучок света падает нормально на плоскую поверхность линзы и частично отражается от верхней и нижней поверхностей воздушного зазора между линзой и пластинкой. При наложении отраженных лучей возникают полосы равной толщины, при нормальном падения света имеющие вид концентрических окружностей.

В отраженном свете оптическая разность хода (с учетом потери полуволны при отражении), согласно (174.1), при условии, что показатель преломления воздуха n=1, а i=0,где d—ширина зазора. Из рис. 252 следует, что , где R—радиус кривизны линзы, r — радиус кривизны окружности, всем точкам которой соответствует одинаковый зазор d. Учитывая, что d мало, получим d=r²/(2R). Следовательно,

Приравняв (174.4) к условиям максимума и минимума, получим выражения для радиусов m-го светлого кольца и m-го темного кольца соответственно

Измеряя радиусы соответствующих колец, можно (зная радиус кривизны линзы R) определить ₀ и, наоборот, по известной ₀ найти радиус кривизны R линзы.

Как для полос равного наклона, так и для полос равной толщины положение максимумов зависит от длины волны ₀ (см. (174.2)). Поэтому система светлых и темных полос получается только при освещении монохроматическим светом. При наблюдении в белом свете получается совокупность смещенных друг относительно друга полос, образованных лучами разных длин волн, и интерференционная картина приобретает радужную окраску. Все рассуждения были проведены для отраженного света. Интерференцию можно наблюдать и в проходящем свете, причем в данном случае не наблюдается потери полуволны. Следовательно, оптическая разность хода для проходящего и отраженного света отличается на ₀/2, т.е. максимумам интерфере­нции в отраженном свете соответствуют минимумы в проходящем, и наоборот.