3. Інтерферометри Лінника

Ці інтерферометри призначені для дослідження якості обробки поверхонь.

Існує два види цих приладів:

1) для дослідження місцевих нерівностей поверхні.

2) для дослідження великих плоских поверхонь.

Інтерференційні методи використовуються також у точному машинобудуванні для точного вимірювання деталей. Використовуються «мірні плитки» – кінцева міра з точністю, яка досягає 10^-5 см. Перевірка їх виконується за допомогою інтерференційних методів.

Інші застосування|вживання| інтерференції

Ф орма інтерференційної картини, положення|становище| максимумів і мінімумів залежать від товщини і форми пластин, від кута|ріг,куток| між їх поверхнями, від стану поверхні тощо. Отже, можна, вивчаючи форму і положення|становище| інтерференційних ліній, судити про властивості досліджуваної пластинки|платівка|. Інакше кажучи, інтерференційні явища можуть бути застосовані для вимірювання|вимір| фізичних параметрів прозорих тіл. Цінність інтерференційного методу полягає, зокрема, в тому, що він чутливий до малої зміни параметрів, оскільки довжина світлових хвиль, для яких спостерігається інтерференція, має порядок|лад| 10^-5см. Зупинимося|зупинятися| докладніше на деяких застосуваннях|вживання| інтерференції.

Рис. 2.11

Вивчення стану поверхні. В оптичній промисловості до поверхонь оптичних приладів при їх виготовленні пред'являються дуже високі вимоги — дзеркальні поверхні та поверхні лінз повинні бути виконані з найвищим ступенем точності|вкрай| (з точністю до|із точністю до| чверті|четвертина| довжини хвилі). Той факт, що інтерференція дозволяє визначати з|із| чималою точністю (порядку|лад| довжини хвилі і менше) наявність жорсткостей поверхні, робить|чинити| можливим її застосування|вживання| для дослідження якості поліровки поверхонь.

Схема установки, за допомогою якої досліджується гладкість поверхні, наведена на рис.2.11. Еталонна пластинка А'В', поверхня якої є|з'являтися,являтися| достатньо|досить| гладкою (розміри заглиблень і виступів не перевищують ¹/₂₀ довжини хвилі), покладена на досліджувану пластинку|платівка| АВ. Між еталонною і досліджуваною пластинками|платівка| існує повітряний зазор, профіль і розміри якого визначають ступінь|міра| і характер|вдача| відхилення досліджуваної поверхні від еталонної. Якщо направити|спрямувати,скерувати| на цей повітряний зазор пучок світла, то промені, відбиті|відбиті| від нижньої і верхньої поверхонь, дадуть відповідну інтерференційну картину.

Конкретно: світло від джерела S, розташованого|схильний| у фокусі лінзи Л, прямує на поверхню напівпрозорої|просвічуваність| пластинки|платівка| СС. Відбитий|відбитий| від цієї пластинки|платівка| світловий пучок через лінзу Л прямує на поверхню повітряного зазору. Відбиті|відбиті| промені, накладаючись, дають на екрані F, розташованому|схильний| в фокальній площині|плоскість| лінзи, інтерференційну картину. Якщо досліджувана поверхня така ж гладка, як і поверхня еталону, то залежно від відносного положення|становище| цих пластин спостерігатиметься інтерференція ліній рівного нахилу або рівної товщини. Якщо ж поверхня має дефекти, то інтерференційні лінії у відповідних місцях будуть викривлені (рис.2.12 а,б). За величиною викривлень можна судити про розміри виступів і заглиблень на поверхні досліджуваної пластинки|платівка|. Точність контролю якості поверхонь можна підвищити, використовуючи багатопроменеву інтерференцію від повітряного прошарку. Для цього

Р ис.2.12 в)

необхідно посріблити поверхню випробовуваної пластинки|платівка| й еталонного скла. Завдяки багатократному|багаторазовий| відбиванню|відображення,відбиття| виникнуть вужчі й різкіші інтерференційні лінії, які можуть підвищити точність на порядок|лад|, тобто до тисячної частки|доля| мікрона.

Визначення малих кутів між поверхнями прозорих тіл. Хай|нехай| маємо прозоре тіло АВDС, поверхні АВ і СD якого (рис.2.12 в) утворюють малий кут|ріг,куток| . Для визначення цього кута|ріг,куток| використовуємо схему, подібну до тієї, що наводилися|призводився,наводився| раніше рис.2.11, де замість пластин А'В' і АВ поміщена тепер клиноподібна пластинка|платівка| АВDС. При освітленні цієї пластинки|платівка| спостерігатимемо інтерференцію ліній рівної товщини. Хай|нехай| сусідні максимуми, розташовані|схильний| на відстані l один від одного, спостерігаються при товщині і , тобто

2.9

де п – коефіцієнт заломлення пластинки|платівка|. Віднімаючи почленно з|із| другого рівняння перше, отримаємо

|одержимо|

Звідси .

2.10

Як видно|показно| з|із| рис.2.12 (в)

.

При малому куті і

При см, і мм.

.

Інтерференційним методом можна визначати дуже малі кути |ріг,куток| між поверхнями.

В

Рис.2.13

світло

изначення малих подовжень|видовження| тіл при їх нагріванні. З цією метою використовують так званий інтерференційний дилатометр (рис.2.13), що складається з кільця КК', виготовленого з|із| кристала кварцу з|із| відомими термічними властивостями. Всередину кільця поміщається досліджувана речовина В. Кільце закривається|зачиняється| еталонною скляною пластинкою|платівка| ПП. Клиноподібний повітряний зазор між еталонною пластинкою|платівка| і випробовуваною речовиною освітлюють монохроматичним світлом. При нагріванні внаслідок|внаслідок| великої відмінності коефіцієнтів теплового розширення кварцу і досліджуваної речовини, товщина клиноподібного повітряного зазору зменшується. Це повинно приводити|призводити,наводити| до зсуву|зміщення| відповідних інтерференційних ліній. Оскільки|тому що| зсув|зміщення| на одну лінію відповідає зміні різниці ходу на , то, знаючи величину зсуву|зміщення|, можна визначити зміну товщини зазору, а отже, і величину подовження|видовження| досліджуваної речовини. Знаючи зміну температури, можна обчислити|обчисляти,вичислити| також коефіцієнт лінійного розширення.

Зупинимося|зупинятися| детальніше на таких застосуваннях|вживання| інтерференції, як просвітлення оптики, отримання|здобуття| інтерференційних шарів, які мають великий коефіцієнт відбивання|відбивати|.

Просвітлення оптики. В усіх сучасних оптичних системах застосовуються численні|багаточисельний| відбиваючі поверхні. При кожному відбиванні від поверхні інтенсивність заломленого світла ослаблюється і світлосила приладу зменшується. Як було показано раніше, при нормальному падінні світла на межі|кордон| повітря – скло маємо . Отже, якщо оптична система має, наприклад, чотири відбиваючі поверхні, то, як мінімум, 20% інтенсивності буде втрачатиметься|розгублюватиметься| на відбивання|відображення,відбиття|.

Рис.2.14

Я вище інтерференції дозволяє звести до мінімуму коефіцієнт відбивання поверхонь різних елементів (лінз, призм і т. п.) оптичної системи – здійснити так зване «просвітлення» оптики. З цією метою на поверхню елементу, наприклад лінзи, методом напилення у вакуумі наносять|завдавати| тонкі плівки з|із| коефіцієнтом заломлення, меншим, ніж у|в,біля| матеріалу лінзи. Падаючий на поверхню плівки пучок світла 1 (Рис.2.14) частково відбивається від зовнішньої межі|кордон| просвітлюючого шару (пучок 1'), а частково проходить|минати,спливати| усередину шару (пучок 2). На межі|кордон| розподілу просвітлюючий шар – скло відбувається|походити| те саме, в результаті частина світла повертається (пучок 2'), а частина|частка| проходить|минати,спливати| всередину скла (пучок 2"). Унаслідок|внаслідок| когерентності виникає інтерференція між пучками 1' і 2'. Результат інтерференції залежатиме від різниці ходу між цими пучками, яка визначається товщиною плівки і значенням коефіцієнтів заломлення скла і плівки . Якщо d, і п підібрати|добрати| так, щоб відбиті хвилі 1' і 2' знаходилися|перебувати| у протифазі, то відбудеться взаємне ослаблення|ослабіння|, внаслідок чого зменшиться коефіцієнт відбивання|відображення,відбиття|. Повне|цілковитий| гасіння буде в тому випадку, якщо|у тому випадку , якщо,в том случае | амплітуди відбитих хвиль однакові. Отже, для повного|цілковитий| гасіння пучків необхідне виконання двох умов:

1) амплітуди пучків повинні бути рівними;

2) різниця фаз між ними повинна дорівнювати .

Оскільки|тому що|, , п і коефіцієнт заломлення повітря задовольняють умовам , то втрата половини довжини хвилі відбувається|походити| на обох поверхнях (повітря – плівка і плівка – скло). В цьому випадку різниця фаз між променями 1' і 2' буде рівна , якщо оптична товщина плівки буде рівною , тобто . Насправді|дійсно|, оптична різниця ходу між променями рівна , що відповідає зміні фази на .

Якщо нехтувати поглинанням у плівці і не враховувати багаторазові|багаторазовий| відбивання|відображення,відбиття|, то умова рівності амплітуд відбитих|відбитих| хвиль матиме вигляд|вид| . Якщо прийняти = 1, то отримаємо|одержимо|

,

звідки

.

2.11

Зрозуміло, що речовина просвітлюючого шару (плівки) повинна бути твердою, щільно прилягати до поверхні скла і не повинна боятися вологи. Інакше порушиться умова просвітлення, якщо навіть матиме місце рівність .

Оскільки|тому що| найбільшій чутливості людського ока відповідає центральна частина|частка| видимої області спектру довжиною хвилі , товщину плівки зазвичай|звично| підбирають|добирати| рівною ¹/₄ вказаної довжини хвилі. Тоді для країв видимого спектру умова мінімуму не матиме місця, отже, коефіцієнт відбивання для коротких і довгих хвиль помітно відрізнятиметься від нуля і буде дуже малим лише для довжини хвилі . Пурпурний колір|цвіт| (суміш червоного з|із| фіолетовим) просвітленого об'єктиву пояснюється саме цим фактом.