Контрольні питання

1. Що таке розрішуюча здатність?

2. Для чого в лабораторній установці для контролю розрішення призм здійснюється

рівнобіжний хід променів?

3. Чому міри встановлюється у фокальній площині об'єктива коліматора?

4. Чому у фокальній площині окуляра зорової труби утворюється два зображення міри?

5. Які причини викликають розфокусування зображення світи?

Література

1. Кривовяз Л.М., Пуряев Д.Т., Знаменская М.А. Практика оптичної вимірювальної

лабораторії. - М.: Машинобудування, 1974р.

2. Чуриловський В.Н. Теорія оптичних приладів. - М.: Машинобудування, 1966р..

Лабораторна робота №8 контроль малої клиновидності пластин на інтерферометрі чапського

Мета роботи: вивчення інтерференційного методу контролю малої клиновидності плоскопаралельних пластин.

Завдання

1. Вивчити інтерференційний метод контролю клиновидності плоскопаралельних пластин.

2. Одержати в полі зору окуляра інтерферометра Чапського різке зображення інтерференційних смуг рівного нахилу від клиноподібної пластинки.

3. Виміряти клиновидність декілько пластин.

Обладнання для виконання лабораторної роботи

1. Оптичні деталі: плоскопаралельні пластини .

2. Креслення. (Рис. 8.1 - 8.3)

3. Інтерферометр Чапського.

Теоретичні положення

Клиновидність плоскопаралельных пластин викликає двоїння зображення й поперечний хроматизм. Величина припустимої погрішності визначається призначенням деталі і її положенням в оптичній системі.

Плоскопаралельність полірованих пластин і величину малих кутів клинів визначають на інтерферометрі Чапського. Дія приладу заснована на принципі інтерференції світлових променів, відбитих робочими поверхнями деталі. Якщо відбите світло широкого джерела збирається лінзою, то в її фокальній площині спостерігається інтерференційна картина у вигляді концентричних кілець. Ці смуги називають смугами рівного нахилу на відміну від смуг рівної товщини, спостерігаємих при інтерференції в клині. Вид і локалізація смуг інтерференції визначаються величиною кута клина й умовами висвітлення.

Розглянемо виникнення смуг рівного нахилу й визначимо величину різниці ходу променів, відбитих під деяким кутом від плоскопаралельної пластини (рис.8.1.).

У площині зображення широкого джерела світла 1, поміщеного у фокусі об'єктива коліматора 2, спостерігають смуги рівного нахилу. Зображення одержують у фокальній площині 6 лінзи 5.

Для будь-якого променя а, що падає на пластинку 3 під кутом , частина світла відбивається першою поверхнею (промінь а₁), а частина проникає в глиб скла, і відіб'ється від другої поверхні. Вийшовши із пластинки, промінь а₂ направиться паралельно променю а₁, відбитому першою поверхнею.

Пройшовши об'єктив 5, промені а₁ і а₂ інтерферують у фокальної площини 6. Залежно від різниці ходу цих променів (обумовленої товщиною d пластинки, показником переломлення n її матеріалу й кутом  падіння світла) буде спостерігатися інтерференційний максимум або мінімум. Різниця ходу цих променів (рис.8.2.):

=n(AB + BC) - CD - (8.1.)

якщо = 2 , де  = 1,2,3,..., те спостерігають інтерференційний максимум.

При  = (2 + 1) - інтерференційний мінімум.

З формули (8.1.) видно, що для променів падаючих на пластинку під кутом, різниця ходу залежить від кута падіння. Оскільки під тим самим кутом на пластинку падає пучок променів у вигляді конічної поверхні, то у фокальній площині об'єктива буде спостерігатися світле або темне кільце (при  = 2 - світле, при  = (2 + 1) - темне).

При використанні широкого джерела кут падіння світла на пластину міняється в більших межах, тому у фокальній площині об'єктива 5 спостерігається ряд чередуючих світлих і темних кілець концетричної форми. Якщо поверхні пластини утворять між собою малий кут , того зображення джерела 1 у фокальній площині 6 розійдуться на відстань l =n, де  - фокусна відстань лінзи 5. При цьому у фокальній площині зображення некогерентних крапок джерела 1 будуть накладатися один на одного. Якщо l r, ( r-r- дифракційний розмір крапки джерела), то інтерференція спостерігатися не буде. Дифракційний радіус крапки визначається по формулі:

(8.2.)

де D - діаметр діафрагми 4 (див.рис.8.1.)

Критичний кут клина ₀ , при якому інтерференційна картина розмивається, дорівнює:

(8.3.)

При в площині 6 будуть спостерігатися контрастні інтерференційні смуги рівного нахилу.

Для контролю паралельності пластин інтерференційну картину, одержувану у фокальній площині 6 лінзи 5, розглядають за допомогою окуляра, що разом з лінзою 5 (рис.8.1.) утворить зорову трубу. Для зручності спостереження й відліку половина поля зору окуляра перекрита, тому спостерігають картину півкілець.

Якщо пластина 3 плоскопаралельна, то при її переміщенні під об'єктивом 5 ніяких змін у поле зору окуляра спостерігатися не буде. Якщо ж пластина клиновидна, то різниця ходу для кожного променя буде змінюватися. Внаслідок цього одночасно з переміщенням пластинки буде спостерігатися зсув кілець інтерференції. Кільця або з'являються в центрі й переміщаються до периферії, або навпаки - переміщуються до центра й зникають. Перший випадок відповідає переміщенню пластини убік збільшення її товщини, другий - убік зменшення.

Поява або зникнення кільця відповідає зміні товщини пластини на величину .

Спостерігаючи переміщення кілець щодо якої-небудь крапки поля зору окуляра, можна визначити зміна товщини пластини, пері-рушивши її по всій довжині під об'єктивом 5.

Якщо при переміщенні пластини на довжину L з'явилося або зникло N кілець, то величину клиновидності визначають по формулі:

tg  = (8.4.)

де  - довжина світлової хвилі, для якої виробляються виміри ( = 0,583 10-6 [м]).

Формула (8.4.) справедлива для випадку, коли пластинку пересувають перпендикулярно ребру клина.

Опис конструкції приладу

В икористовуваний у даній роботі інтерферометр Чапського (рис.8.3.) складається із широкого джерела світла 1 (неонової лампи зі світним диском), щілинної діафрагми 2 змінні величини, конденсора 3, роздільної призми 4 з кутами 60⁰, об'єктива 5, окуляра 6.

Промінь світла, пройшовши конденсор, відбивається призмою й, пройшовши через об'єктив, падає на випробувану пластинку, відбивається від двох поверхонь, знову проходить об'єктив, призму й попадає в окуляр.

Інтерференційна картина локалізується у фокальній площині об'єктива 5. Спостерігають інтерференційну картину за допомогою окуляра 6. Прилад застосовують для контролю пластин з величиною клина не більше 12⁰ при товщині пластини 10[мм].