§ 9. Интерферометры. Практическое применение интерференции.

1. Интерферометр Майкельсона

Подвижное

зеркало

M₁

Интерферометр данного типа был изобретён американским физиком Альбертом Майкельсоном и имеет следующую оптическую

схему:

Неподвижное

зеркало

M_s

1

Источник

света

M₂

2

Глаз

C

Рис.6. Схема интерферометра Майкельсона

Монохроматический свет падает на полупрозрачное зеркало M_s. Половина интенсивности светового пучка направляется к неподвижному зеркалу M₂ и отражается обратно. Другая половина интенсивности отражается от зеркала M_s, падает на подвижное зеркало M₁ (которое может перемещаться вверх-вниз) и отражается от него. Отражённый пучок 1 проходит через M_s и попадает в глаз наблюдателя. Часть пучка 2 отражается от зеркала M_s и также попадает в глаз наблюдателя. Обычно на пути пучка 2 помещают компенсатор C в виде пластины из прозрачного стекла (его изготавливают из той же стеклянной пластины, что и зеркало M_s), чтобы оба пучка проходили с точностью до долей длины волны слой стекла одинаковой толщины. Если оба пути одинаковы, то будет происходить усиление интенсивности света, и наблюдатель увидит свет. Если же подвижное зеркало M₁ отодвинуть на расстояние /4, то пучок 1 будет проходить дополнительное расстояние, равное /2 (расстояние /4 он пройдёт туда и обратно), и будет происходить ослабление интенсивности - в этом случае наблюдатель увидит темноту. Если зеркало M₁ продолжать перемещать в том же направлении, то вновь появится свет, потом темнота и т.д.

Интерферометр Майкельсона позволяет проводить очень точные измерения длин волн. Действительно, при перемещении зеркала M₁ всего лишь на /4 происходит ясно различимый переход от освещённости к затемнению. Для  = 400 нм это соответствует точности в 100 нм, или 0.1 мкм. Ещё большей точности можно достичь, наблюдая чередование полос в случае непараллельных зеркал.

2. Микроинтерферометр Линника

Для контроля за чистотой обработки металлических поверхностей высокого класса В.П. Линник разработал микроинтерферометр, представляющий комбинацию интерферометра Майкельсона и микроскопа. Свет от источника S падает на разделяющий кубик, склеенный из двух призмочек. Гипотенузная грань одной из призмочек посеребрена так, что частично пропускает, а частично отражает падающие на неё лучи света. Прошедший пучок попадает на зеркало Z, отражается обратно к кубику и, отразившись от полупрозрачной грани, идёт в микроскоп M. Второй луч, отразившись от полупрозрачной грани, падает на исследуемую поверхность и, отразившись от последней, проходит через кубик в микроскоп M, интерферируя с первым лучом. Зеркало Z наклонено под небольшим углом относительно грани кубика так, что разность хода обоих лучей вдоль поля зрения микроскопа линейно возрастает. Благодаря этому при идеальной гладкости испытуемой поверхности в поле зрения микроскопа будут видны светлые и тёмные интерференционные полосы равной толщины. Если же на испытуемой поверхности есть неровности, то в этих местах изменяется ход второго луча и интерференционные полосы соответственно сдвигаются, как показано на рисунке. Данный метод позволяет оценить чистоту обработки поверхности с точностью до 0.1  или ~0.05 мкм.

Рис.7.Оптическая схема микроинтерферометра Линника

Итак, практические применения интерференции связаны:

- с измерением длины волны монохроматического светового пучка (например, с помощью интерферометра Майкельсона выразили эталонный метр через длину волны, излучаемую атомом криптона-86);

- при помощи микроинтерферометра Линника можно контролировать чистоту обработки металлических и других гладких поверхностей;

- "просветление оптики" в фотообъективах.