Интерферометр Майкельсона

Всё рассмотренное выше используется в оптическом контрольно – измерительном приборе - интерферометре Майкельсона (рис. 8.24).

Рис. 8.24. Схема интерферометра Майкельсона

Пучок света от источника делится на поверхности А пластинки С на два, один из которых направляется на зеркало З₁, другой на зеркало З₂. После отражения от зеркал пучки вновь объединяются на А и интерферируют. В интерферометре кроме пластины С установлена еще дополнительная пластина D, которая нужна для того, чтобы скомпенсировать различие оптической длины хода в одной из ветвей для разных длин волн, возникающее вследствие наличия дисперсии материала пластины. Для того, чтобы разобраться с характером возникающей интерференционной картины, построим изображение зеркала З₁ в зеркальной поверхности А пластинки С (З₁'). Легко видеть, что интерференционная картина будет представлять собой интерференцию в воздушной ( ) пластине толщиной . Оптическая разность хода при этом очевидно равна и разность фаз .

С учетом скачка фазы , вносимой поверхностью А, оптическая разность хода равна .

Максимумы и минимумы интенсивности наблюдаются при условии : при - максимум, при - минимум.

Если S — протяженный источник, то интерференционные полосы локализуются в бесконечности и представляют собой кольца равного наклона, изображаемые в задней фокальной плоскости линзы Л₂ в виде концентрических окружностей. При уменьшении , порядок колец будет уменьшаться (кольца будут стягиваться к центру), и угловой масштаб картины увеличивается. При освещенность поля зрения постоянна и равна нулю. Если зеркало З₂ несколько наклонить, то между З₂ и З₁' возникает воздушный клин, и интерференционная картина будет локализована в клине, то есть на З₂. Картина представляет собой полосы равной толщины, параллельные ребру клина. Для переноса изображения картины на экран, его необходимо перенести в плоскость Э , оптически сопряженную З₂. При малых , или когда З₂ пересекает З₁', наблюдение можно производить и в белом свете. В этом случае, при наблюдении полос в точке , будет наблюдаться черная ахроматическая полоса, по обе стороны от которой полосы будут окрашенными.

Интерферометр Майкельсона открывает широкие возможности для создания измерительных оптико-электронных приборов, обладающих высокими точностными характеристиками. Например, если одно из зеркал - (З₁) является эталонным, а другое – (З₂) – контролируемым, то по анализу интерференционной картины можно определить качество контролируемого зеркала. На практике при реализации такого контроля между зеркалами создается воздушный клин и о качестве контролируемого зеркала судят по искривлению интерференционных полос равной толщины. Достигаемую при этом точность измерений можно оценить из следующих соображений. Размер микронеровности зеркала З₂ на приведет к смещению интерференционной картины на величину ширины полосы. Фотоэлектрические системы обработки интерферограмм позволяют измерить смещение, порядка 0.05 ширины полосы и менее. Следовательно, возможная погрешность измерений при использовании видимого излучения составляет около 15 нм.

Другая широко используемая область применения интерферометра Майкельсона является измерение линейного или углового перемещения одного из зеркал. Например, при линейном перемещении зеркала З₂ интерференционные полосы смещаются в направлении, перпендикулярном интерференционным полосам, при угловом – ширина полос изменяется обратно пропорционально углу наклона. Поскольку, как линейное, так и угловое перемещение по - разному сказывается на параметрах интерференционной картины, в соответствующих измерительных приборах следует принять меры к тому, чтобы при одном виде перемещения не возникало другое. Особенно актуальной эта проблема становится в измерителях линейного перемещения зеркала, поскольку при линейном перемещении, как правило, возникает его угловой поворот. Наиболее эффективным способом решения этой проблемы является замена зеркала автоколлимационными отражателями типа триппель-призма или «кошачий глаз» (рис.8.25). Триппель-призма представляет собой стеклянную равнобочную пи-

Рис. 8.25 Автоколлимационные отражатели: а) триппель-призма, б) кошачий глаз.

рамиду, боковые грани которой взаимно ортогональны. Оптическая система «кошачий глаз» - это объектив, в задней фокальной плоскости которого находится зеркало. Такие отражатели обладают автоколлимационными свойствами, т. е. способностью возвращать свет в обратном направлении, при этом эта способность сохраняется при небольших угловых поворотах вокруг оси, перпендикулярной оси симметрии отражателя.

8.3.4 Интерферометр Тваймана - Грина