1.3. Применение явления интерференции света. Интерферометры

Интерференционная картина очень чувствительна к разности хода интерферирующих волн: ничтожно малое изменение разности хода вызывает заметное смещение интерференционных полос на экране.

На этом основано устройство интерферометров – приборов, служащих для точного (прецизионного) измерения длин, углов, показателей преломления и плотности прозрачных сред и т.д. В промышленности интерферометры широко используются для контроля чистоты обработки поверхностей металлических деталей (с точностью до 0,01 мкм).

Все интерферометры основаны на одном и том же принципе – делении одного луча на два когерентных – и различаются лишь конструктивно.

Интерферометр Майкельсона. Упрощенная схема этого интерферометра представлена на рис. 1.10. Монохроматический свет от источника S падает под углом 45° на плоскопараллельную стеклянную пластинку Р₁. Сторона пластинки, удаленная от S , посеребренная и полупрозрачная, разделяет луч на две части: луч 1 – отражается от посеребренного слоя и луч 2 – проходит через него. Луч 1 отражается от зеркала M₁ и, возвращаясь обратно, вновь проходит через пластинку P₁ (луч 1'). Луч 2 идет к зеркалу М₂ , отражается от него, возвращается обратно и отражается от пластинки Р₁ в т. О (луч 2'). Так как луч 1 проходит пластинку Р₁ дважды, то для компенсации возникающей разности хода на пути луча 2 ставится прозрачная пластинка P₂ (точно такая же, как и P₁).

Лучи 1^′ и 2^′ когерентны, следовательно, наблюдается интерференция, результат которой будет зависеть от оптической разности хода луча 1 от точки 0 до зеркала М₁ и луча 2 от точки 0 до зеркала М₂.

При перемещении одного из зеркал на расстояние λ₀/4 разность хода обоих лучей изменится на λ₀/2 и произойдет смена освещенности зрительного поля (смена максимумов и минимумов). Следовательно, по изменению интерференционной картины можно судить о малом перемещении одного из зеркал. Поэтому интерферометр Майкельсона применяется для точных (~ 10^{-9 м) измерений длин: сравнения и проверки точности изготовления технических эталонов длины, изменения длины тела при нагревании (интерференционный дилатометр). Применяя интерферометр, Майкельсон (американский физик) впервые сравнил международный эталон метра с длиной световой волны. Самый известный эксперимент, выполненный Майкельсоном (совместно с Морли) в 1887 г., ставил целью обнаружить зависимость скорости света от скорости движения инерциальной системы координат. В результате было установлено, что скорость света одинакова во всех инерциальных системах, что послужило экспериментальным обоснованием для создания специальной теории относительности Эйнштейна.}

Советский физик академик В.П. Линник использовал принцип действия интерферометра Майкельсона для создания микроинтерферометра (комбинация интерферометра и микроскопа), служащего для контроля чистоты обработки поверхности металлических изделий. Таким образом, интерферометр Линника является прибором, предназначенным для визуальной оценки, измерения и фотографирования высот микронеровностей поверхности вплоть до 14-го класса чистоты поверхности.

Другим, очень чувствительным оптическим прибором является интерферометр Рэлея. Он применяется для определения незначительных изменений показателя преломления прозрачных сред в зависимости от давления, температуры, примесей, концентрации раствора и т.д. Интерферометр Рэлея позволяет измерять изменение показателя преломления c очень высокой точностью – Δn ~ 10^-6 .

<< | >>

↑

Источник: Вдовин Н.А., Харламова Н.А.. Физика: Учеб. пособие. Часть III. Оптика. Атомная физика. / Под общ. ред. А.И. Цаплина; Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь,2006. – 100 с.. 2006

Еще по теме 1.3. Применение явления интерференции света. Интерферометры:

- Общая физика -