7.5.4. Интерферометр Майкельсона.

В устройствах, описанных в пп 7.5.1 и 7.5.2 суперпозиция обоих интерферирующих пучков происходит всюду.

кроме пространства, ограниченного поверхностями пластинки или пленки. Иногда это обстоятельство оказывается неудобным, и его можно устранить с помощью вспомогательной полуотражающей поверхности, на которой пучки полностью разделяются. Затем пучки опять сводятся. На этом принципе основано устройство интерферометра Майкельсона [22].

Простейшая схема такого прибора показана на рис. 7.39. Свет от протяженного источника делится полупрозрачной поверхностью плоскопараллельной стеклянной пластинки на два пучка, направленных под прямым углом друг к другу. Отразившись от плоских зеркал они возвращаются к где вновь соединяются и попадают в зрительную трубу Т. Зеркало неподвижно, тогда как зеркало установленное на столике, можно передвигать микрометрическим винтом в направлении пластинки или от нее. отраженный от Ми проходит сквозь диспергирующую пластинку три раза, прежде чем попадает в Т. Пучок, отраженный от проходит через пластипку только один раз. Чтобы устранить это различие в оптическом пути, не позволяющее работать с полосами в белом свете, между и ставится компенсирующая пластинка С из такого материала и с такой же толщиной, как у пластинки и параллельная ей.

Рис. 7.39. Интерферометр Майкельсона.

Предположим, что -изображение поверхностью, делящей пучок. Оптическая длина пути между и точкой Р вдоль луча отразившегося от равна оптической длине пути между и Р вдоль луча отразившегося от мнимой поверхности . Следовательно, можно считать, что интерференционная картина, наблюдаемая в зрительную трубу, возникает из-за воздушного слоя, ограниченного действительной отражающей поверхностью и мнимой отражающей поверхностью . При этом мы должны связать с отражением от изменение фазы равное разности между изменениями фаз при внешнем и внутреннем отражениях поверхностью . Величина зависит от природы полуотражающего слоя .

При параллельных зеркалах полосы в квазимонохроматическом свете имеют вид окружностей и локализованы в бесконечности. Они отличаются от полос равного наклона, рассмотренных в п. 7.5.1, только тем, что здесь нет многократных отражений, и, значит, распределение интенсивности находится в полном согласии с (7.2.15). Если приближается к полосы стягиваются по направлению к центру, а угловой масштаб картины возрастает до тех пор, лока не совпадет с при этом освещенность поля зрения становится равномерной и ее уровень зависит от Тогда говорят, что зеркала находятся в оптическом контакте. Когда и близки и образуют клин с небольшим углом, полосы локализуются либо на поверхности клина, либо вблизи нее. При достаточно малом расстоянии между они являются полосами равной толщины и, следовательно, имеют вид эквидистантных прямых линий, параллельных ребру клина. При увеличении расстояния диапазон углов падения, соответствующих каждой точке поля зрения, и вариации среднего угла падения по полю зрения перестают быть незначительными, видность полос уменьшается, и они искривляются, обращаясь выпуклостью в сторону ребра клина.

Независимо от того, параллельны ли или наклонены друг к другу, изменение оптической длины пути в любом плече интерферометра на вызывает смещение картины на порядков. Смещение можно оценить

визуально с точностью до 1/20 порядка, но в определенных условиях методом Кеннеди [23] удастся обнаружить смещения до 1/1000 порядка [24].

При расстоянии между не превышающем нескольких длин воли, полосы наблюдаются в белом свете. Они служат для распознавания нулевой полосы в монохроматической интерференционной картине. Если центральная полоса картины в белом свете оказывается темной и соответствует пересечению она находится в том же месте, где и полоса в монохроматическом свете с . В общем случае ахроматическая полоса не совпадает со светлой или темной полосой монохроматической картины, но это не вносит дополнительных трудностей, если переход от картины в белом свете к картине в монохроматическом свете происходит постепенно.

В настоящее время интерферометр Майкельсона устарел. Исключение представляет только его модификация, в которой используется освещение параллельным пучком (см. ниже, п. 7.5.5). Несмотря на это, интерферометр такого типа широко известен, так как с его помощью Майкельсон провел три важнейших эксперимента — опыт Майкельсона—Морлея по увлечению эфира [25], первое систематическое изучение тонкой структуры спектральных линий, первое прямое сравнение длин волн спектральных линий с эталонным метром [26]. В нашей книге мы не затронем ни первой, ни третьей из названных работ, так как, во-первых, здесь мы занимаемся только вопросами оптики неподвижных сред, и, во-вторых, после Майкельсона более точные измерения длин волн были выполнены другими методами (см. § 7.7). Метод Майкельсона, касающийся анализа спектральных линий, также был заменен позднее более прямыми методами, но вследствие его значительного теоретического интереса и вследствие его связи с теорией частичной когерентности мы позже рассмотрим его подробно (см. п. 7.5.8).