Интерферометры типа Релея

И

Рис. 3.10. 1- Источник света. 2- объектив. 3,4- кюветы. 5,6 – Точечные отверстия. 7 – Плоскость наблюдения.

нтерферометр Релея. Интерферометр Релея предназначен для определения от­клонений показателя преломления газообразных и прозрачных жидких сред от некоторого эталонного значения. Схема интерферометра приведена на рис. 3.10. Световой поток от источника 1, сформированный в параллель­ный пучок оптической системой 2 проходит через две одинаковые кюветы 3 и 4, заполненные прозрачными средами с разными показателями преломлений и . После них у пучков возник­нут фазы и . Затем пучки прохо­дят ма­ленькие отверстия 5 и 6, которые яв­ляются источниками сферических волн. В резуль­тате их интерференции в плоскости на­блюдения возникает интерференционная картина, распределение освещенности в кото­рой можно получить их следующих соображений.

Полагая расстояние до плоскости анализа много большим расстояния между отверстиями , можно записать уравнения сферических волн, вышедших из отверстия, в приближении Френеля.

(3.13)

где амплитуды волн одинаковы, так как отверстия имеют одинаковые размеры. Картина интерференции, как геометрическое место точек, имеющих максимальную освещенность, получится из условия

.

(3.14)

Подставляя в это выражение значения показателей экспонент из (3.13), после преобразований получим

.

{3.15)

Это выражение описывает семейства прямых линий для каждой длины волны. Смещение картины в зависимости от изменения можно определить как производную , откуда в нашем случае

.

(3.16)

Этим объясняется высокая чувствительность определения показателя преломления, называемая рефрактометрией. Например, при , чувствительность метода будет .

Рис 3.12. Проекции интерферометра на координатные плоскости. 1- источник света; 2-линза; 3 - компенсатор (качающаяся пластина);4 – неподвижная пластина; 5 –кюветы; 6- экран с четырьмя отверстиями; 7 – экран; 8 - интерференционные картины; - смещение полосы.

Для определения смещения полос в интерферометре используется эталонная система полос, которая образуется при интерференции пучков, прошедших одинаковые среды. Часто эти пучки формируются, проходя через воздух. Для этого используют две схемы интерферометров. Одна из них содержит кюветы, т.е. она формирует интерференционную картину, смещение полос в которой измеряется. Другая, которая полностью эквивалентной первой, расположена так, что свет в ней распространяется, минуя кюветы, т.е. в однородной среде – в воздухе. Интерференционная картина, создаваемая ею, является эталонной, поскольку ее положение не меняется в процессе измерений, а расстояние между полосами такое же. Типичная схема такого интерферометра приведена на рис.12 в виде трех проекций на координатные плоскости. В первой схеме в каждую из ветвей помещают одинаковые, наклоненные плоскопараллельные пластинки. Одна из них закреплена, а может отклоняться на некоторый угол от первой в ту или иную сторону. Так как оптическая длина пути луча , проходящего через плоскопараллельную пластинку, зависит от угла падения

,

3.17

где - преломленный угол, - толщина пластины, - показатель преломления пластины, то эта пластинка может быть компенсатором оптической длины пути. Наклон этой пластины можно изменять с помощью барабанчика с делениями, тем самым смещая интерференционную картину, пока верхняя и нижняя интерференционные картины не будут совпадать по вертикали. Это смещение, а, следовательно, и искомую разницу в показателях преломления , можно определить по делениям барабанчика.

Рис. 3.12. Интерферометр Жамена.

Интерферометр Жамена. Еще одним интерферометром, выполняющим рефрактометрические измерения, является интерферометр Жамена, схема которого приведена на рис. 3.11. Его конструкция состоит из двух блоков в виде плоскопараллельных пластин (п), выполненных из высокой степени однородного стекла и отполированных с большой точностью параллельности и расположенных на плоском основании. Между ними расположены две кюветы (к) с исследуемой и эталонной средой. Анализируется интерференция двух пучков, которые распространяются по маршрутам 1-2-3-4-7-10 и 1-2-5-6-7-10. Их интенсивности одинаковы, поскольку при прохождении они испытывают по два отражения (один луч в точках 3 и 7, а другой в точках 2 и 6) и по два преломления (в точках 2 и 4 один луч, другой в точках 5 и 7). Следовательно, контраст интерференционной картины равен единице. Другие лучи отфильтровываются экраном (э) с отверстием.

Принцип измерений смещения полосы такой же, как в интерферометре Релея, где обычно используется такая же двухъярусная схема. Этот интерферометр относится к типу Релея. Преимуществом его является нерастраивомость, поскольку случайные повороты блоков не влияет на параллельность интерферирующих лучей. При этом расстояния между полосами не меняется, а смещения эталонной и измеряемой интерференционных картин так же одинаковы, т.е. смещение картин не зависит от поворотов пластин. Это является следствием того, что схема прибора представляет собой комбинацию плоских зеркал и интерферирующие лучи испытывают по два отражения. Недостатком – высокая стоимость стеклянных блоков.