2. Описание установки

Установка для измерения зависимости показателя преломления воздуха от давления состоит из интерферометра 1, U-образного водяного манометра 2, компрессора в виде резиновой груши 3, предназначенного для изменения давления, блока питания лампочки интерферометра 4 (см. фото).

Интерферометр построен по схеме Жамена, принципиальная схема его изображена на рис. 3.

Основные его детали – две идентичные плоскопараллельные стеклянные пластинки толщиной h и показателем преломления n. При падении света на первую пластинку часть лучей отразится от передней грани пластинки (луч 1), а часть, преломившись, отразится от задней грани (луч 2). Таким образом, из первой пластинки выйдут два пучка, идущих на некотором расстоянии друг от друга. Каждый пучок, попадая на вторую пластинку, опять раздвоится, а из второй уже выйдут четыре пучка, но так, что второй и третий наложатся друг на друга (пучки 1 и 4 не используются). Разность хода этих лучей

 = 2hn(Cos r₁ - Cos r₂ (24)

где r₁ и r₂ – углы преломления лучей в первой и второй пластинках. Пластинки обычно составляют между собой малый угол  ; для угла падения лучей на первую пластинку i  45^о и n = 1,5 можно вывести

  h Sin i (25)

Если освещать первую пластинку параллельным пучком, то для всех лучей i одинаковы и, следовательно,  тоже одинаковы. При наблюдении со стороны второй пластинки мы увидим равномерно освещенное поле, цвет и яркость которого зависит от i и . При освещении расходящимся пучком лучей, исходящих из щелевого источника, для разных лучей будет разное  , т.к.  зависит от i . В фокальной плоскости линзы, поставленной после второй пластинки, мы увидим интерференционные полосы равного наклона, имеющие форму слегка искривленных прямых линий. Условия максимумов будут выполняться для тех углов i, для которых

h Sin i = m (26)

Поставим на пути лучей 1 и 2 две одинаковые кюветы длиной d, заполненные воздухом, и будем наблюдать за полосой нулевого порядка. Если в одной из кювет изменить показатель преломления на  n , то оптическая длина пути этих лучей изменится на dn, а вся интерференционная картина сместится на N полос. Там, где была полоса 0-го порядка, окажется полоса m-го порядка, причем

(27)

Число полос N, на которое сместится интерференционная картина, равна порядку интерференционной полосы m, которая окажется на месте полосы нулевого порядка, т.е.

Отсюда

(28) (см. ф-лу 8)

Итак, для измерения изменения показателя преломления  n среды в одной из кювет (например, при изменении давления), необходимо измерить, на сколько полос N сместится при этом интерференционная картина. Причем N может быть не обязательно целым.

В нашей установке используется одна из модификаций шахтного интерферометра ШИ-11, предназначенного для измерения концентрации метана в воздухе шахты (повышение концентрации метана приводит к взрывам). Поэтому в поле зрения окуляра видна шкала концентрации СH₄ . При повышении концентрации CH₄ в воздухе, который прокачивается через одну из кювет, максимум нулевого порядка (он не имеет окраски) и вся картина смещается, причем величина смещения пропорциональна изменению n в этой кювете по сравнению с эталонной, а, следовательно, пропорциональна концентрации СН₄ .

Источник света включается при нажатии кнопки И (см. фото). Если кнопку отпустить – лампочка гаснет.

Патрубки П₁ и П₂ соединены со второй, измерительной кюветой, в которой можно изменять давление. Если головка крана Кр направлена вниз – кран закрыт, если влево или вправо – кран открыт.

Изменение давления воздуха в измерительной кювете интерферометра производится путем сжимания резиновой груши, которая находится в корпусе 2 компрессора. При вкручивании винта на крышке корпуса внутри компрессора перемещается поршень, который сдавливает грушу. Давление в кювете интерферометра при этом увеличивается (если компрессор присоединен к интерферометру, а кран открыт). Для уменьшения давления внутри измерительной кюветы необходимо отсоединить соединительную трубку от интерферометра, вкрутить винт компрессора, присоединить трубку и осторожно начать выкручивать винт. Распрямляющаяся груша будет уменьшать давление внутри измерительной кюветы интерферометра.