3.11. Інтерферометрія
Інтерферометрія – метод дослідження, заснований на явищі інтерференції (додавання) хвиль. Інтерференція хвиль – це взаємне посилення або ослаблення амплітуди двох або кількох когерентних хвиль, що одночасно поширюються в просторі. Супроводжується чергуванням максимумів і мінімумів інтенсивності.
Інтерферометри – це вимірювальні прилади, принцип дії яких основується на явищі інтерференції хвиль. Окремий випадок загального явища інтерференції хвиль – інтерференція світла. Це нелінійне додавання інтенсивностей двох або декількох світлових хвиль. Це явище супроводжується мінімумами, що чергуються в просторі з максимумами інтенсивності, які називаються інтерференційною картиною.
Принцип дії всіх інтерферометрів однаковий, і різняться вони лише методами одержання когерентних хвиль і тим, яка величина безпосередньо вимірюється. В основі роботи інтерферометра лежить просторовий поділ пучка світла за допомогою обладнання з метою одержання двох або більше взаємно когерентних променів, які проходять різні оптичні шляхи, а потім зводяться разом. Спостерігається результат їх інтерференції.
Вид інтерференційної картини залежить від способу поділу пучка світла на взаємно когерентні промені, від їх числа, відносної інтенсивності, розмірів джерела, спектрального складу світла.
Інтерферометр (рис.3.11) складається із двох однакових плоскопара-лельних пластин зі скла, установлених майже паралельно одна одній.
Пучок світла S падає на першу пластинку під кутом i, близьким до 45°. Кожен промінь пучка після відбиття на поверхнях пластинки ділиться на 2 когерентних промені S1 і S2, які йдуть на деякій відстані один від одного, що залежить від товщини пластинок d.
Рис. 3.11. Схема інтерферометра Жамена: ОО – вісь обертання компенсаторних пластинок; P1 P2 – компенсатор; О1 і О2 – об'єктив і окуляр зорової труби.
Далі на другій пластинці кожен з них знову розділяється на два промені. У результаті від другої пластинки йдуть 4 паралельних когерентних променя S1', S''1, S'2, S''2; промені S1' і S''2 перекриваються діафрагмою D, а промені S''1, і S'2 потрапляють у зорову трубу і інтерферують у фронтальній площині об'єктива О1. При використанні джерела білого світла спостерігаються тільки інтерференційні смуги низького порядку, які мають форму прямих ліній з білою ахроматичною смугою в центрі, оточеною системою забарвлених смуг. Порівняно велика відстань між променями S1 і S2 дозволяє встановити на їх шляху дві кювети K1 і K2 однакової довжини l з досліджуваними речовинами, показники заломлення яких n1 і n2. Виникаюча різниця ходу D = (n2-n1) l призводить до зсуву ахроматичної смуги в полі зору зорової труби. Вимірювання D роблять за допомогою компенсатора P1P2, який створює додаткову різницю ходу, зворотну тій, що викликана відмінністю n1 і n2. Компенсатор складається із двох однакових плоско паралельних пластинок Р1 і Р2, встановлених у ході променів S1 і S2 і закріплених на осі ОО під кутом одна до одної. Внесена ними різниця ходу залежить від кутів падіння променів на пластинки і може змінюватися при обертанні пластинок. Повертаючи компенсатор, приводять зміщену ахроматичну смугу на перехрестя труби та відраховують величину зсуву D. Знаючи D і l, визначають різницю n2-n1.
Відповідно до природи хвиль існують інтерферометри акустичні для звукових хвиль і інтерферометри для електромагнітних хвиль: оптичних (ультрафіолетової, видимої й інфрачервоної областей спектра) і радіохвиль різної довжини. Оптичні інтерферометри одержали найбільше поширення.
Застосування. За допомогою інтерферометра Жамена проводять кількісний аналіз газових сумішей, визначають концентрацію деяких газоподібних домішок. Застосовують також для вимірювання показників заломлення газів і рідин та для визначення концентрації домішок у повітрі.