Двухлучевые интерферометры

В интерферометрах сравнивают два когерентных луча (опорный и сравнения). Их используют во многих оптических измерительных приборах, в частности, для измерения показателя преломления n, расстояний между различными точками и воздействия различных физических факторов.

Структурная схема интерферометра Майкельсона приведена на рис. 3.9. Интерферометр Майкельсона может регистрировать перемещения на доли микрон и на большие расстояния L до 2 м с помощью подсчета полос.

Смещение L на D L=l приводит к разности фаз:

,

где n показатель преломления воздуха: . Число полос равно

где N соответствует большим расстояниям, аΔ N – малым расстояниям, Минимальному расстоянию при соответствует набег фазы .

В серийных приборах: .

Рис. 3.9. Структурная схема интерферометра Майкельсона;
1- лазер, 2- делитель кубик, 3- неподвижная призма, 4- перемещающаяся призма, 5- фотоприемник, 6- электронный блок

Эшелон Майкельсона, представляющий набор тонких пластин с одношаговым укорочением (рис. 3.10), также является диспергирующим элементом, позволяющим разделять свет на спектральные составляющие. В заключение раздела необходимо отметить важную роль интерферометров на объемных элементах в современных измерительных и спектрально-аналитических приборах. Вместе с тем, аналоги этих приборов нашли применение в волоконно-оптических и интегрально- оптических схемах и устройствах.

Рис. 3.10. Схема хода лучей в эшелоне Майкельсона

Интерферометр Фабри-Перо. В интерферометре Фабри-Перо используется интерференция луча, отраженного от задней стенки прозрачной пластинки, и луча, отраженного от зеркала (рис. 3.11). Достоинством интерферометра Фабри-Перо является высокая избирательность по частоте (или длине волны ), поэтому он применяется как резонатор в лазерах и как высокоточный измеритель расстояний. Интерферометр Фабри-Перо может использоваться как интерференционный фильтр (полупрозрачные покрытия со слоями с разными ).

Рис. 3.11. Структурная схема интерферометра Фабри-Перо

(ФП – фотоприёмник, У – усилитель)

Интерферометры Фабри-Перо на клине. Если взять стеклянную пластину и отшлифовать под малым углом её плоскости, то получим интерферометр Фабри-Перо на клине (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Схема хода лучей в интерферометре Фабри-Перо на клине

Угол отражения света от клина зависит от длины волны –θ= f (λ). Следовательно, если осветить клин белым светом, то отраженные лучи в дальнем поле будут давать радужную картину. Таким образом, клин является диспергирующим элементом, позволяющим разделять свет на спектральные составляющие.

Естественным проявлением интерферометра Фабри-Перо на клине являются радужные картины интерференционных полос на пленках масла на лужах. Они показывают, что толщина пленок должна быть малой и соизмеримой с длиной волны. Чем тоньше пленка - тем шире полосы.

Можно также говорить о том, что клин осуществляет угловое преобразование Фурье аналогичное действию отражающей дифракционной решетки.

Известно также, что угловое преобразование Фурье за счет интерференции на каплях дождя в дальнем поле приводит к радуге.

Аналоги интерферометра Фабри-Перо. На рис. 3.13 показаны аналоги интерферометра Фабри-Перо в виде прозрачной пластины и клина, используемые для получения интерференционной картины - спектрального разложения.

Рассмотрим детально прохождение света через пластину (рис. 3.13, а). Разность расстояний хода прямого и отраженных лучей будет следующей:

а набег фазы

где h - расстояние между пластинами, - показатель преломления воздуха, φ - сдвиг фазы при отражении от покрытия.

Рис. 3.13. Схематическое изображение прохождения света через пластину (а) и клин (б) для разложения света на спектральные составляющие

Порядок интерференции:

.

Если входящий луч монохроматический, то на экране будет наблюдаться, как при обычной интерференции, чередование темных и светлых полос.

Если на пластину подать белый свет, то полосы будут цветными.

Разрешающая способность интерферометра Фабри-Перо:

, (3.8)

где минимальная разность длин волн разрешения с помощью ИФП: .

При , т.е.

.

Область дисперсии ИФП: .

.

Для серийных ИФП: .

Интерферометры Фабри-Перо используются в метрологии и спектрально-аналитической аппаратуре.

Интерферометр Маха-Цендера. Структурная схема интерферометра Маха-Цендера приведена на рис. 3.14. Интерферометр Маха-Цендера используют для точного определения показателей преломления прозрачных жидкостей, кристаллов и стекол. В кювету 5 вставляется образец стекла с неизвестным показателем преломления n. Заливают раствор глицерина с показателем преломления n₁, и добавляют этиленгликоль с показателем преломления + n₂ до исчезновения образца в равномерном оптическом поле. По соотношению определяется Δ n, где х – относительная концентрация глицерина.

Рис. 3.14. Структурная схема интерферометра Маха-Цендера;

1 - лазер одномодовый, 2 - расширитель луча, 3, 6 - полупрозрачные пластины, 4, 7 - зеркала, 5 - исследуемая среда, 8 - видеокамера, 9 - интерфейс,

10 - ПК

Дата добавления: 2015-07-11