Интерферометр Майкельсона

Интерферометрами называются оптические измерительные приборы, в основе которых положено явление интерференции. Они позволяют с высокой степенью точности измерять линейные и угловые расстояния, малые разности показателей преломления, исследовать структуру спектральных линий и так далее. Мы рассмотрим конструкцию одного из них. Он называется интерферометром Майкельсона. С помощью данного прибора впервые было проведено систематическое изучение тонкой структуры спектральных линий и выполнено первое сравнение эталонного метра с длиной световой волны. В настоящее время прибор устарел, но историческое значение его велико. Поэтому он заслуживает внимания.

Свет от источника света S падает на плоскопараллельную пластинку 1, покрытую полупрозрачным слоем серебра. Эта пластинка частично отражает свет (луч l ₂) и частично пропускает свет (луч l ₁). Луч l ₁, пройдя через пластинку 1, отражается от зеркала М ₁, а затем частично отражается от поверхностного слоя пластинки 1 в направлении OP. Второй пучок, отразившись от посеребренной поверхности, направляется к зеркалу M ₂, отражается от него, снова проходит через пластинку 1 и идет далее в направлении OP.

Интенсивность пучков l ₁ и l ₂ одинакова. На пути луча l ₁ ставится плоскопараллельная пластинка 2, тождественная пластинке 1. Она компенсирует разность хода между пучками, возникающими из-за того, что второй пучок пересекает пластинку 1 три раза, а первый только один раз. Так как стекло обладает дисперсией, то без компенсации наблюдение интерференции в белом свете было бы невозможно. Зеркало M ₁ неподвижно, а M ₂ с помощью винта можно перемещать параллельно самому себе. Зеркала также снабжены винтами для установки их в правильном положении.

Пусть M ₃ – изображение поверхности зеркала M ₁ в зеркале на поверхности пластинки 1. Тогда интерференция будет происходить так же, как в воздушном слое между двумя отражающими поверхностями M ₃ и M ₂. Разность хода равна D = 2 h cos a. Если пластинка плоскопараллельная, то будут получаться полосы равного наклона. Интерференционная картина имеет вид концентрических колец с центром в точке схождения лучей, нормально отраженных от поверхностей M ₃ и M ₂. Этому направлению соответствует максимальная разность хода D = 2 h. Поэтому максимальный порядок интерференции будет наблюдаться в центре картины. Отсюда следует, что при увеличении h полосы интерференции будут перемещаться в направлении от центра. При изменении угла наклона на Da, разность хода изменится на 2 h sin a× Da. Тогда, чем меньше h, тем шире полосы интерференции. При h ® 0 ширина полосы стремиться к бесконечности.

Если M ₃ и M ₂ находятся под небольшим углом, то образуются интерференционные полосы равной толщины.