Интерферометры и их применение. Понятие об интерференционном микроскопе

Интерференцию света используют в специальных приборах — интерферометрах — для измерения с высокой степенью точности длин волн, небольших расстояний, показателей преломления веществ и определения качества оптических поверхностей.

На рис. 19.7 изображена принципиальная схема интерферо метра Майкельсона, который относится к группе двухлучевых, так как световая волна в нем раздваивается и обе ее части, пройдя разный путь, интерферируют.

Луч 7 монохроматического света от источника S падает под углом 45° на плоскопараллельную стеклянную пластинку А, задняя поверхность которой полупрозрачна, так как покрыта очень тонким слоем серебра. В точке О этот луч расщепляется на два луча 2 и 3, интенсивность которых приблизительно одинакова.

Луч 2 доходит до зеркала I, отражается, преломляется в пластине А и частично выходит из пластины — луч 2'. Луч 3 из точки О идет к зеркалу II, отражается, возвращается к пластине А, где частично отражается, — луч 3¢. Лучи 2' и 3', попадающие в глаз наблюдателя, когерентны, их интерференция может быть зарегистрирована.

Обычно зеркала I к II располагают так, что лучи 2 и 3 от расхождения до встречи проходят пути одинаковой длины. Чтобы и оптическую длину путей сделать одинаковой, на пути луча 3 устанавливают прозрачную пластину В, аналогичную А, для компенсации двух путей, пройденных лучом 2 через пластину А. В этом случае наблюдается максимум интерференции.

Если одно из зеркал сдвинуть на расстояние l/4, то разность хода лучей станет l/2, что соответствует минимуму, произойдет смещение интерференционной картины на 0, 5 полосы².

Если зеркало от первоначального положения переместить на расстояние А./2, то оптическая разность хода интерферирующих лучей изменится на А., что соответствует максимуму, произойдет смещение интерференционной картины на целую полосу. Такая связь между перемещением зеркала и изменением интерференционной картины позволяет измерять длину волны по перемещению зеркала и, наоборот, перемещение по длине волны.

Интерферометр Майкельсона применяют для измерения показателя преломления. На пути лучей 2 и 3 устанавливают одинаковые кюветы К (показаны штриховыми линиями на рис. 19.7), одна из которых наполнена веществом с показателем преломления п₁, а другая — с п₂. Оптическая разность хода лучей

d = 2ln_l - 21п₂ = 21(п₁ - п₂), (19.23)

где l — длина однократного пути луча в среде, заполняющей кюветы; так как лучи проходят кювету дважды, то расстояние равно 2l. Предположим, что вследствие этой разности хода интерференционная картина смещается на k полос, тогда

d = kl. ( 19.24)

Приравнивая (19.23) и (19.24), получаем

Dn = n₁ – n₂ = kl(2l). (19.25)

Если считать, что смещение на 0, 1 полосы (k = 0, 1) может быть зафиксировано, то, например, при l = 2, 5 см, l. = 500 нм имеем

Как видно, интерференционный рефрактометр (интерферометр, приспособленный для измерения показателя преломления) способен фиксировать изменения показателя преломления в шестом знаке после запятой.

Интерференционный рефрактометр применяют, в частности, с санитарно-гигиеническими целями для определения содержания вредных газов.

С использованием интерферометра Майкельсон доказал независимость скорости света от движения Земли, что явилось одним из опытных фактов, способствовавших созданию специальной теории относительности.

Сочетание двухлучевого интерферометра и микроскопа, получившее название интерференционного микроскопа, используют в биологии для измерения показателя преломления, концентрации сухого вещества и толщины прозрачных микрообъектов.

Принципиальная схема интерференционного микроскопа показана на рис. 19.8. Луч света, как и в интерферометре, в точке А раздваивается, один луч проходит через прозрачный микрообъект М, а другой — вне его. В точке Д лучи соединяются и интерферируют, по результату интерференции судят об измеряемом параметре.

 

 

Принцип Гюйгенса—Френеля

Объяснение и приближенный расчет дифракции света можно осуществить, используя принцип Гюйгенса—Френеля.

Согласно Гюйгенсу, каждая точка волновой поверхности, которой достигла в данный момент волна, является центром элементарных вторичных волн, их внешняя огибающая будет волновой поверхностью в последующий момент времени (рис. 19.9; S₁ и S₂ — волновые поверхности соответственно в моменты t_l и t₂; t₂ > t₁.

Френель дополнил это положение Гюйгенса, введя представление о когерентности вторичных волн и их интерференции. В таком обобщенном виде эти идеи получили название принципа Гюйгенса—Френеля.

Для того чтобы определить результат дифракции в некоторой точке пространства, следует рассчитать, согласно принципу Гюйгенса—Френеля, интерференцию вторичных волн, попавших в эту точку от различных элементов волновой поверхности. Для волновой поверхности произвольной формы такой расчет достаточно сложен, но в отдельных случаях (сферическая или плоская волновая поверхность, симметричное расположение точки относительно волновой поверхности и непрозрачной преграды) вычисления сравнительно просты. Волновую поверхность при этом разбивают на отдельные участки (зоны Френеля), расположенные определенным образом, что упрощает математические операции.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. 14. Понятие о севообороте. Причины, вызывающие необходимость чередования культур.
2. I. 17. Понятие о чистых и занятых парах.
3. I. Понятие органа государственного управления (исполнительной власти)
4. II. 17. ПОНЯТИЕ «ЦИВИЛИЗАЦИЯ»
5. III-56 Сущность калькуляции. Понятие объектов учета затрат и объектов калькуляции.
6. III/18. Понятие и виды издержек производства.
7. V1: Культурология как наука. Понятие, сущность, формы и функции культуры.
8. Административно-правовые акты, понятие и классификация
9. Административное право: понятие, признаки.
10. Административное правонарушение как основание административной ответственности: понятие и состав.
11. Административное принуждение: понятие, виды.
12. Административные наказания: понятие, цели, система, виды.