2. И Рис. 3.3. Схема интерферометра Майкельсона. Нтерферометр Майкельсона

Интерферометр состоит из делительной пластинки P и двух зеркал R₁ и R₂, расположенных на расстояниях l₁ и l₂ от пластины (рис. 3.3). На пластинке P происходит деление амплитуды, поскольку отраженная волна сохраняет форму фронта падающей волны, отличаясь от нее лишь амплитудой и направлением распространения. Нетрудно показать, что при любом коэффициенте отражения света от пластинки, амплитуды полей, приходящих в точку наблюдения А, одинаковы. Т.к. частоты также одинаковы и остаются постоянными, то соотношение (3.9) принимает вид:

, (3.15)

где I₀ – интенсивность каждой из интерферирующих волн. При этом интенсивность I изменяется от своего минимального значения при φ₂ - φ₁ = mπ, m = 1, 3, 5, ... до своего максимального значения при φ₂ - φ₁ = 2mπ, m = 0, 1, 2, 3, ... Значение разности фаз определяется разностью длин плеч интерферометра l₁ и l₂:

. (3.16)

Примеры использования интерферометра Майкельсона.

1. Главная особенность интерферометра Майкельсона по сравнению с интерферометрами других типов заключается в том, что с его помощью можно непрерывно изменять разность хода между пучками в широких пределах путем перемещения одного из зеркал и наблюдать при этом интерференционные полосы высоких порядков. Это необходимо как при измерения длины когерентности излучения, так и при выполнения метрологических работ по прямому сравнению длины световой волны (т. е. первичного эталона длины) с концевой мерой, представляющей собой металлический стержень с параллельными зеркально отполированными торцевыми плоскостями.

2. При движении одного из зеркал за счет продольного эффекта Доплера происходит смещение частоты отраженной волны . Тогда существенной станет не постоянная амплитуда, а периодически изменяющаяся с частотой определяемой в соответствии со скоростью движения зеркала:

(3.17)

Как видно, интерферометр Майкельсона – прекрасный инструмент не только для измерений расстояний, но и скорости перемещения объектов.

3. Поставив в одно из плеч призму или линзу, можно получить инструмент для исследования их качества по интерференционной картине (интерферометр Тваймана–Грина).

2. Экспериментальная установка «Интерферометр Майкельсона»

   1. Описание установки

Схема лабораторной установки приведена на рисунке 3.4. Она основана на моноблоке интерферометра Майкельсона, позволяющего изменять длину одного плеча. Принцип работы установки состоит в следующем: лазерное излучение от источника (1) падает на светоделительную поверхность внутри моноблока. Первый поток, последовательно отражаясь от неподвижного зеркала моноблока и светоделительной поверхности, попадает на экран (5). Второй поток, отражаясь от подвижного зеркала (3) и проходя через светоделительную поверхность, также падает на экран. При наложении этих потоков на экране наблюдается интерференционная картина.

Рис. 3.4. Схема лабораторной установки: 1 – полупроводниковый лазер; 2 – моноблок интерферометра Майкельсона с неподвижным зеркалом и делительной пластинкой; 3 – подвижное зеркало; 4 – рассеивающая линза; 5 – экран; 6 – видеокамера; 7 - компьютер.

Рис. 3.5. Типичный вид регистрируемых интерференционных картин.

Для увеличения картины используется рассеивающая линза (4). Изображение на экране регистрируется видеокамерой (6) и фиксируется с помощью компьютера (7).