Интерферометры и интерферометрия

1. Интерферометры Майкельсона, Маха – Цендера, Тваймана - Грина

2. Интерферометр Рождественского

3. Звёздный интерферометр

4. Интерферометр Фабри – Перо

5. Диэлектрические зеркала и просветление оптики

6. Применение интерференции в рефрактометрии, спектроскопии, метрологии; другие применения интерференции

Интерферометр – измерительный прибор, действие которого основано на интерференции волн. Существуют интерферометры для звуковых и электромагнитных волн (оптических и радиоволн). Оптические интерферометры применяются для измерения оптических длин волн спектральных линий, показателей преломления прозрачных сред, абсолютных и относительных длин объектов, угловых размеров звёзд и пр., для контроля качества оптических деталей и их поверхностей и т.д.

Принцип действия всех интерферометров одинаков, и различаются они только методами получения когерентных волн и тем, какая величина непосредственно измеряется. Пучок света посредством того или иного устройства пространственно разделяется на два или более когерентных пучков, которые проходят различные оптические пути, а затем сводятся вместе, и наблюдается результат их интерференции. Вид интерференционной картины зависит от способа разделения пучка света на когерентные пучки, от числа интерферирующих пучков, оптической разности хода, относительной интенсивности, размеров источника, спектрального состава света.

Методы получения когерентных пучков в интерферометрах разнообразны, и потому существует большое число различных по конструкции интерферометров. По числу интерферирующих пучков света оптические интерферометры можно разделить на многолучевые и двулучевые. Многолучевые интерферометры применяются главным образом как интерференционные спектральные приборы для исследования спектрального состава света. Двулучевые интерферометры используются и как спектральные приборы, и как приборы для физических и технических измерений.

Примером двулучевого интерферометра может служить интерферометр Майкельсона. Параллельный пучок света, сформированный в результате прохождения от источника L через объектив O₁, попадает на полупрозрачную пластинку P и разделяется на два когерентных пучка 1 и 2. После отражения от зеркал M₁ и M₂ и повторного прохождения пучка 2 через пластинку P оба пучка проходят в направлении АО через объектив О₂ и интерферируют в его фокальной плоскости D.

Наблюдаемая интерференционная картина соответствует интерференции в воздушном слое, образованном зеркалом М₂ и мнимым изображением М’₁ зеркала М₁ в пластинке Р₁. Оптическая разность ода при этом равна , где l – расстояние между М’₁ и М₂. Если зеркало М₁ расположено так, что М’₁ и М₂ параллельны, образуются полосы равного наклона, локализованные в фокальной плоскости объектива О₂ и имеющие форму концентрических колец. Если же М’₁ и М₂ образуют воздушный клин, то возникают полосы равной толщины, локализованные в плоскости клина М₂ М’₁ и представляющие собой параллельные линии.

Интерферометром Майкельсона широко пользуются в физических измерениях и технических приборах. С его использованием впервые была измерена абсолютная величина длины волны света, доказана независимость скорости света от движения источника и др. Он используется и как спектральный прибор для анализа спектров излучения с высоким разрешением (до ~ 0,005 см^-1).

Интерферометр Майкельсона применятся в технике для абсолютных и относительных измерений длин эталонных пластинок с точностью до 0,005 мкм. В сочетании его с микроскопом по виду интерференционной картины измеряют величину отступлений от плоскостности и форму микронеровностей металлических поверхностей (микроинтерферометр Линника).

Существуют двулучевые интерферометры, предназначенные для измерения показателей преломления газов и жидкостей – интерференционные рефрактометры. Один из них – интерферометр Жамена.

Пучок S монохроматического света после отражения от передней и задней поверхностей первой стеклянной пластинки Р₁ разделяется на два пучка S₁ и S₂. После прохождения через кюветы К₁ и К₂ и отражения от поверхностей стеклянной пластинки Р₂, наклонённой под малым углом относительно пластинки Р₁, пучки попадают в зрительную трубу Т и интерферируют, образуя прямые полосы равного наклона.

Если одна из кювет наполнена веществом с показателем преломления n₁, а другая – веществом с показателем преломления n₂, то по смещению интерференционной картины на число полос m по сравнению с ситуацией, когда обе кюветы наполнены одним и тем же веществом, можно найти разность показателей преломления , где l – длина кюветы. Точность измерения величины очень высока и может достигать седьмого и даже восьмого десятичного знака.

Для измерения угловых размеров звёзд и угловых расстояний между двойными звёздами применяется звёздный интерферометр Майкельсона. Свет от звезды, отразившийся от плоских зеркал М₁, М₂, М₃, М₄, образует в фокальной плоскости телескопа интерференционную картину. Угловое расстояние между соседними максимумами , где D – расстояние между зеркалами М₁ и М₂. При наличии двух близких звёзд, находящихся на угловом расстоянии φ, в телескопе образуется две интерференционных картины, также смещённые на угол φ; при этом ухудшается видимость полос. Изменяя расстояние D, добиваются наихудшей видимости картины, что реализуется при выполнении условия . На основании этого соотношения и определяют угол φ.