3. Устройство интерференционных рефрактометров
Исследуя интерференционную картину, можно определить разность хода интерферирующих волн. Идея, лежащая в основе устройства интерференционных рефрактометров, заключается в том, чтобы связать величину разности хода интерферирующих волн с величиной искомого показателя преломления.
Эта идея может быть реализована различными способами. Чаще всего интерференционные рефрактометры строят на основе интерферометра Рождественского и на основе интерферометра Рэлея.
Для наблюдения интерференции необходимо наложить друг на друга хотя бы две световые волны, однако если использовать для этого волны от разных источников, интерференции не произойдет, так как такие волны не будут когерентны. Для получения двух когерентных волн в интерферометрах световой поток от одного источника разделяют на две части и затем накладывают эти части друг на друга в области наблюдения.
Рис. 3. Схема двухлучевого интерференционного рефрактометра на основе интерферометра Рождественского.
На рис.2 представлено устройство двухлучевого интерференционного рефрактометра на основе интерферометра Рождественского. Свет от источника падает на полупрозрачную пластину В1, при этом часть светового потока проходит сквозь В1, образуя волну 1, а часть отражается, образуя волну 2.
Волна 1 проходит через кювету К1 и в результате отражения от зеркала М1 попадает на полупрозрачную пластину В2. Волна 2 отражается от зеркала М2, проходит через кювету К2 и также попадает на В2. Отраженная от В2 часть волны 1 и прошедшая через В2 часть волны 2 накладываются друг на друга на выходе рефрактометра.
Если все пластины и зеркала расположены параллельно друг другу (как показано на рис.3) и от источника в рефрактометр поступает параллельный пучок света, поле зрения будет равномерно освещено, так как во всех точках области наблюдения волны 1 и 2 будут иметь одинаковую разность хода.
Для получения интерференционной картины можно использовать расходящиеся пучки света, либо незначительно наклонить один из блоков В1М2 и М1В2 относительно другого.
Пусть в начале в обоих плечах рефрактометра находятся кюветы со стандартным веществом, при этом в поле зрения рефрактометра наблюдается некоторая интерференционная картина. Если заменить одну из кювет на кювету с исследуемым веществом, разность хода волн 1 и 2 в области наблюдения изменится, что приведет к новому перераспределению интенсивности света и изменению интерференционной картины.
Так как это дополнительное изменение разности хода обусловлено возникшей разницей показателей преломления веществ в кюветах, оно будет одинаковым для всех точек области наблюдения. Поэтому произошедшее перераспределение интенсивности света будет восприниматься при наблюдении как смещение исходной интерференционной картины.
Определив, на сколько полос сместилась картина, можно найти разницу показателей преломления веществ в кюветах.
Рис. 4. Схема двухлучевого интерференционного рефрактометра на основе интерферометра Рэлея: а) вид сверху; б) вид сбоку. [3,4,5]
На рис.4 представлено устройство двухлучевого интерференционного рефрактометра на основе интерферометра Рэлея, описание которого приводится здесь по учебнику [3].
Источник света в виде узкой щели S располагается в фокальной плоскости линзы L1. Параллельный пучок света, выходящий из линзы L1, проходит через диафрагму с щелями S1 и S2, параллельными щели S. Пучки света от вторичных источников S1 и S2 проходят через кюветы K1 и K2 и образуют интерференционные полосы в фокальной плоскости линзы L2. Интерференционные полосы наблюдают через цилиндрический окуляр О, выполненный в виде тонкой стеклянной палочки, параллельной щели S.
Как видно из рис.3б, кюветы занимают только верхнюю половину пространства между линзами. В нижней части рефрактометра свет идет вне кювет. Из-за этого в области наблюдения возникает вторая система интерференционных полос (см. рис. 3в), с таким же расстоянием между полосами, которая используется как шкала для измерения сдвига первой картины.
Если показатели преломления веществ в кюветах не равны, между пучками света, идущими через кюветы, возникает дополнительная разность хода. Эта разность хода приводит к смещению верхней системы интерференционных полос относительно нижней. По величине этого смещения можно определить, насколько изменилась разность хода волн, и затем найти разницу показателей преломления веществ в кюветах.