2.4 Контрольные вопросы.

1. Как будет выглядеть интерференционная картина, если в обе ветви интерферометра поместить две различные линзы: а) обе положительные, б) обе отрицательные?

2. Как будет выглядеть интерференционная картина, если в обе ветви интерферометра поместить два клина с ребрами, взаимно перпендикулярными друг другу?

3. Как коэффициент пропускания делительного кубика влияет на контраст интерференционной картины?

4. Как изменится интерференционная картина, если делительный кубик повернуть на угол ?

5. Можно ли в качестве источника света использовать лампочку накаливания.

6. Как влияет на интерференционную картину положение лазера.

3. Лабораторная работа «Микроинтерферометр Линника»

Целью работы является изучение принципа работы микроинтерферометра Линника и формирование основных навыков работы с интерферометрами.

3.1 Назначение

Р

Рис 3.1. Схема интерферометра Линника.

1-Источник света. 2. Коллимирующий объектив. 3. Делительная пластина. 4. Компенсационная пластина. 5,6 – Микрообъективы. 7. Контролируемый объект. 8 – Эталонное зеркало. 9 – Объектив. 10 – Шкала окуляр-микрометра. (ПД) 11 – Окуляр.

азработанный в Государственном оптическом институте под руководством В.П. Линника и носящий его имя интерферометр предназначен как для визуального контроля качества полированных поверхностей, так и для измерений различного рода их дефектов, таких как царапины, сколы, заусенцы, неточности обработки, разного рода выступы, «раковины» и т.д. и т.п. Благодаря удачному совмещению в одном приборе микроскопа с большим увеличением и интерферометра типа Майкельсона, прибор позволяет не только увидеть интересующую нас часть поверхности с увеличением, но и провести необходимые трехмерные измерения изображения: в горизонтальной плоскости с помощью окуляр-микрометра, а в вертикальной – анализируя интерференционную картину, появляющуюся на интересующем нас участке объекта. Прибор прост в эксплуатации, имеет ряд приспособлений, позволяющих изменять направление интерференционных полос, а также расстояния между ними. Также имеется возможность фиксировать изображение контролируемой поверхности совместно с интерференционной картиной каким либо фоточувствительным слоем.

3.2 Принцип действия

Схема прибора приведена на рис 3.1. Световой поток, исходящий из источника 1 с помощью коллимирующего объектива 2 превращается в параллельный пучок, который делителем 3 расщепляется на два – ОА и ОВ. Делитель представляет собой плоскопараллельную пластину, на заднюю часть которой (по отношению к источнику света), нанесено полупрозрачное покрытие. Половина потока распространяется в ветви ОА, строя с помощью микрообъектива 5 на предмете 7 изображение источника света, освещая тем самым те участки предмета, на которых фокусируются элементы тела накала источника. Затем, освещенный таким образом предмет, с помощью того же микрообъектива 5 и объектива 9 строит изображение предмета в плоскости полевой диафрагмы (ПД), где расположена шкала.

В

Рис 3.2. Виртуальный оптический клин

торой пучок распространяется аналогично, но по ветвиОВ и освещает участок эталонного зеркала 8, наклоненного под малым углом к оптической оси, который можно изменять. Таким образом, оба пучка попадают в плоскость полевой диафрагмы, где одновременно строят как изображение предмета, так и наклоненного зеркала, образуя из этих изображений оптический виртуальный клин, в котором появляются полосы равной толщины, а на линии пересечения граней образуется ахроматическая полоса, поскольку в этом месте разность хода интерферирующих лучей равна нулю. Этот клин в свою очередь можно считать изображением еще двух клиньев: клина, одной гранью которого является поверхность объекта, а другой гранью – мнимое изображение эталонного зеркала в зеркале, коим является полупрозрачное покрытие делительного кубика (в точке А) и наоборот, когда действительной гранью является эталонное зеркало (в точке В, рис 3.1).

Принципиально, такой метод измерений не отличается от интерференционных измерений в обычном клине с той лишь разницей, что либо одна из граней клина (если его рассматривать между контролируемой поверхностью и мнимым изображением эталонного зеркала), либо обе грани являются виртуальными – т.е. изображениями. У такого клина, как это говорят в оптике, имеется засечка. (Рис 3.2). Это означает, что оптические поверхности как бы проходят сквозь друг друга. Ясно, что с материальными телами такого быть не может. Кроме того, этот клин расположен в плоскости полевой диафрагмы и не составляет проблем измерения его параметров. Обе ветви ОА и ОВ совместно с общим участком от делителя до ПД (рис. 3.1) представляют собой микроскопы с параллельным ходом лучей. Покажем это. Для этого рассмотрим оптическую систему, состоящую из двух линз (объективов) с различными фокусными расстояниями и расположенными на произвольном расстоянии друг от друга. Если поместить предмет в переднем фокусе первой линзы, то изображение сформируется в заднем фокусе второй линзы при любых взаимных положениях линз (рис.3.3). Из построения видно, что треугольники АОВ и А'О'В' подобны, так как главные лучи ВО и В'О' параллельны, откуда следует выражение для линейного увеличения

(3.1)

Э

Рис 3.3. Оптическая схема микроскопа

та величина может быть весьма значительной и достигать нескольких сотен крат. Подобные схемы микроскопов обладают рядом достоинств и используются в различных приборах и устройствах, например в МБС (микроскоп биологический стереоскопический), в офтальмологических щелевых лампах и многих других.

Рис 3.4 Прохождение пучком делительной пластины.

1) для плеча ОА.Свет трижды проходит пластину.

2) для плеча ОВ.Свет проходит пластину один раз.

В случае использования немонохроматического источника света незаменимым элементом схемы становится компенсационная пластина 4. Ее роль легко понять из принципа «от противного». Допустим, что пластина 4 в схеме отсутствует. В этом случае геометрическая разность хода интерферирующих лучей, за вычетом расстояний, которые они проходят совместно, была бы. Однако, помимо воздуха, свет распространяется и в стекле делительной пластины, причем в плечеОА свет проходит в стекле в три раза большее расстояние, чем в плече ОВ (рис 3.4), благодаря нанесению на одну из сторон пластины полупрозрачного покрытия. В таком случае разность хода будет

(3.2)

Так как стекла обладают дисперсией , то разность ходав данном случае будет также функцией длины волны и ни при каких вариациях с длинами плечОА и ОВ она не будет равна нулю для всех длин волн. Полученный результат указывает на невозможность формирования в такой схеме условия возникновения ахроматической полосы – равенства нулю разности хода для всех длин волн. В свою очередь отсутствие такой полосы делает невозможным наблюдения всей интерференционной картины при немонохроматическом источнике света.

Теперь становится понятна роль компенсационной пластины, которая должна быть изготовлена из такого же материала, как и делительная пластина и совпадать с ней по всем размерам, т.е. быть полностью ей эквивалентной. Будучи внесенной в схему, она как раз и скомпенсирует двойной проход света в стекле в плече ОВ. Из сказанного также следует, что в случае использования монохроматического источника (лазера или даже осветителя со светофильтром) компенсационная пластина становится ненужной, и ее можно удалить из схемы.