Интерферометр

Интерферометр Майкельсона

ИНТЕРФЕРОМЕТР, прибор, в котором явление интерференции применяется для тех или иных количественных измерений. В частности интерферометр необходим в тех случаях, когда нужно произвести линейное измерение с высокой степенью точности. Достигаемая им точность при соблюдении необходимых предосторожностей и при хорошем постоянстве температурных условий равна одной сотой или даже нескольким тысячным долям мкм. Название «интерферометр» впервые введено американским физиком Майкельсоном для сконструированного им прибора, посредством которого он надеялся обнаружить смещение мирового эфира, вызываемое движением земного шара, и который он впоследствии с некоторыми видоизменениями применил для измерения прототипа международного метра в длинах световых волн. Интерферометр системы Майкельсона является классическим прибором, легшим в основу многих позднейших измерительных инструментов. Схема его изображена на фиг.

Схема интерферометра системы Майкельсона

Свет монохроматического источника S падает под углом в 45° на плоское полусеребренное зеркало М, от которого частично отражается в направлении MQ, частично же проходит сквозь него в направлении МР; Р и Q - сплошные зеркала, которые отражают падающий на них свет в глаз наблюдателя. Наблюдатель воспринимает свет исходящим от зеркала Q и от плоскости R, являющейся мнимым изображением зеркала Р в зеркале М. Плоскость R Майкельсон назвал «опорной плоскостью» (plan de reference). Очевидно, что между световым пучком, отраженным зеркалом Р (а, следовательно, и плоскостью R), и пучком, отраженным зеркалом Q, будет существовать некоторая разность хода, в результате чего в поле зрения будут наблюдаться светлые и темные интерференционные полосы. Зеркало Q снабжено установочными винтами, благодаря чему м. б. ориентировано в любом положении относительно плоскости R. Кроме того, оно может перемещаться поступательно в направлении MQ. Если применяется точечный (или в виде узкой щели) источник света и зеркало Q наклонено относительно плоскости R под углом в несколько секунд, то наблюдаемые интерференционные полосы являются т. н. «линиями одинаковой толщины», локализованными в плоскости R; если же источник света имеет конечные размеры и зеркало Q параллельно плоскости R, то полосы локализованы в бесконечности и являются «кольцами одинакового наклона». Изображенная на фигуре пластинка N, параллельная зеркалу М, является компенсатором для уничтожения добавочной разности хода между обоими интерферирующими пучками. Эта добавочная разность хода получается вследствие того, что пучок, отраженный от зеркала Р, проходит сквозь толщу зеркала М два раза, в то время как пучок, отраженный зеркалом Q, проходит эту толщу только один раз. Чтобы эту разность хода можно было свести совершенно к нулю, обе зеркальные пластинки М и N делают из одного и того же куска стекла, чем и достигается их полная тождественность.

Область применения интерферометра весьма разнообразна, однако, она м. б. разбита на три основные группы, а именно: 1) измерение длин волн, 2) измерение длин вообще и 3) исследование качества приборов и их деталей. К первой группе относятся измерения длин волн как сравнением с длиной прототипа метра, так и относительные сличения отдельных волн между собой. Сюда же относятся и измерения, связанные с изменением длины волны при переходе из одной преломляющей среды в другую (рефрактометрия), а также изучение структуры спектральных линий. Вторая группа охватывает всякие измерения длин и их отношений, как то: измерение длин концевых и штриховых мер, измерение коэффициента расширения, погрешностей винтов, упругих деформаций, углов и прочего. Наконец, к третьей группе можно отнести исследование плоскостности и плоскопараллельности различных изделий, а также исследование оптических свойств оптических систем. Все вышеприведенные измерения производятся либо при помощи основной модели Майкельсона и ее вариантов либо при помощи других конструкций интерферометра, основанных на принципе интерференции света. Вообще в качестве интерферометра может служить любая оптическая комбинация, позволяющая осуществить разность хода двух световых пучков. Часто интерферометру, в зависимости от его назначения, дают специальные названия, например: интерференциалрефрактор, интерференцспектроскоп, интерференцкомпаратор, дилатометр и прочее. В технической практике находят гл. обр. применение: газовый интерферометр для обнаружения рудничного газа, основанный на том принципе, что при изменении показателя преломления воздуха происходит смещение интерференционных полос, по величине которого можно судить о процентном содержании газа в атмосфере, и интерференционный компаратор для измерения длины плоских калибров в длинах световых волн.

Интерферометр, в котором интерференционная картина фотографируется при помощи специальной камеры, называют интерферографом (Саньяк).

 

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 9 - 1929 г.