Упражнение 1. Определение радиуса кривизны r сферической поверхности линзы.

1. Установить систему 1 на предметном столике так, чтобы центр колец лежал на оси микроскопической трубки.

2. Включить осветитель. Установить на нем красный светофильтр и изменением наклона стеклянной пластинки 4 и положения осветителя добиться равномерного освещения системы 1.

3. Передвижением окуляра микроскопической трубки 6 добиться резкого изображения колец. Центр колец при этом должен совпадать с серединой шкалы окуляра.

4. Измерить радиусы четырех - пяти темных колец, начиная с третьего (в делениях шкалы), отмечая одновременно номера колец.

5. Определить цену деления шкалы окулярного микрометра. Для этого поместить вместо системы пластинка-линза миллиметровую шкалу и вычислить цену деления как отношение числа делений миллиметровой шкалы к соответствующему числу делений окуляра.

6. Вычислить радиусы измеренных колец Ньютона.

7. Комбинируя кольца попарно (взять 5 - 6 пар), вычислить радиус кривизны линзы по формуле (5). Длина волны используемого светофильтра указана на его оправе. Найти среднее значение R.

Упражнение 2. Определение длины волны максимума пропускания светофильтра.

1. Заменить красный светофильтр на зеленый с неизвестной длиной волны в максимуме пропускания.

2. Измерить радиусы четырех - пяти темных колец.

3. Комбинируя кольца попарно, вычислить по формуле (6) длину неизвестной световой волны. Найти среднее значение .

Упражнение 3. Определение спектральной ширины полосы пропускания светофильтра.

1. Наблюдая кольца Ньютона в зеленом свете, отсчитать число m видимых интерференционных колец.

2. По формуле (7) рассчитать спектральную ширину пропускания зеленого светофильтра .

3. Повторить все измерения, установив в осветитель красный светофильтр, и определить его ширину пропускания.

Контрольные вопросы.

1. Интерференция монохроматического света.

2. Способы получения когерентных пучков света делением амплитуды.

3. Полосы равного наклона и полосы равной толщины. Локализация интерференционных полос.

4. Интерференция квазимонохроматического света. Временная когерентность.

5. Кольца Ньютона.

6. Эксперимент. Анализ результатов эксперимента.

Дополнительная литература:

Дитчберн Р. Физическая оптика.-М: Наука, 1965.

Коломийцов Ю.В. Интерферометры - Л: Машиностроение, 1976.

Лабораторная работа 23. Микроинтерферометр Линника.

Интерферометрами называют оптические измерительные приборы, действие которых основано на явлении интерференции света. Они позволяют с высокой степенью точности измерять линейные и угловые расстояния, малые разности показателей преломления, исследовать структуру спектральных линий. В зависимости от предназначения интерферометры имеют различную конструкцию.

Микроинтерферометрами называют интерферометры, предназначенные для измерения высоты микронеровностей на металлических и других поверхностях. Измерение высоты микронеровностей производят по искривлению интерференционных полос. Оптический прибор, предназначенный для исследования мелких неровностей на поверхности, должен обладать большим увеличением и высокой разрешающей способностью. Поэтому микроинтерферометры представляют собой сочетание интерферометра (обычно типа Майкельсона) и микроскопа.

Описание прибора

Рис.1. Оптическая схема

микроинтерферометра Линника.

Микроинтерферометр Линника предназначен для визуального исследования неровностей поверхности. Его оптическая схема приведена на рис.1.

Пучок лучей от источника S падает на стеклянный светоделительный кубик Р. Чтобы получить два пучка равной интенсивности кубик разрезается по диагонали MN и на поверхность среза наносится полупрозрачное покрытие. После этого обе половинки кубика склеиваются канадским бальзамом во избежание полного внутреннего отражения на границе среза. В результате получаются два взаимно перпендикулярных пучка, идущих в направлениях АВ и АС. Один из них (АВ) собирается микрообъективом О₂ на исследуемой поверхности М₂ , а второй пучок (АС) падает через микрообъектив О₁ на высококачественное эталонное зеркало М₁. Отразившись от него, свет падает на полупрозрачное покрытие MN и идет в направлении АD.

Свет, отразившийся от исследуемой поверхности, частично проходит через покрытие MN и распространяется в том же направлении АD.

Таким образом, от одного и того же источника получаются два пучка которые при наложении интерферируют. Для наблюдателя зеркало М₁ видно в положении М₁ и два когерентных пучка, отраженных от зеркал М₂ и от М₁ идут параллельно направлению АD и интерферируют между собой. Эта интерференция происходит точно так же как и при отражении пучков от двух поверхностей М₂ и М₁,ограничивающих воздушный слой между этими поверхностями.

Известно, что в зависимости от условий освещения и геометрии тонкой пленки наблюдаемые интерференционные картины могут быть разными (полосы равного наклона и полосы равной толщины).

Рис.2. Образование полос равной толщины в интерферометре Линника

В нашем случае исследуемая поверхность и эталонное зеркало расположены на равном расстоянии от светоделительного слоя под углом несколько отличным от 90^o. Поэтому воздушная пленка имеет вид двух клиньев с общим ребром КР (рис.2), и наблюдаемая картина представляет собой полосы равной толщины.

Если исследуемая поверхность не имеет шероховатостей, то наблюдается система полос, параллельных ребру клина КР (рис.2). Наличие на исследуемой поверхности царапин вызывает местные искривления полос, поскольку разность хода между интерферирующими лучами в соответствующих местах изменяется (рис.3). Искривление полосы на одну ее ширину происходит при увеличении (или уменьшении) разности хода на величину, равную  (на рис.3 приведен пример такой интерференционной картины).

Рис.3. Искривление интерференционных полос при наличии царапины

Если учесть, что дополнительная разность хода, возникающая за счет царапины, равна ее удвоенной глубине, то при искривлении интерференционной картины на величину Х (рис.3), глубину царапины можно определить из соотношения:

. (1)