НОВАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ
Интерференционные полосы
Томас Юнг очень простым способом обнаружил интерференцию световых волн при помощи трех небольших отверстий. Юнг понял также, что давно известные кольца Нъют&на — это еще один пример интерференции световых волн, как и цветные пятна получающиеся, когДа тонкая пленка масла расплывается по поверхности воды. Вслед за Юнгом в первой половине XIX в. другие ученые изобрели иные способы осуществления интерференции света. Один из методов, которому мы уделили внимание, был впервые описан Физо. Этот эксперимент очень похож на опыт с кольцами Ньютона, поскольку интерференция у, Физо получалась благодаря последовательному отражению света от двух почти соприкасающихся поверхностей стекла.
Возьмем две небольшие стеклянные пластинки и сложим их так, чтобы на одном конце они касались друг друга, а на другом немного расходились (рис. 18); между ними образуется воздушный клин с очень малым углом. Если на эти пластинки наклонно падает пучок света, то в точке А первой пластинки отражается примерно 4% света. Пучок проходит через стекло и воздух, и в точке В от второго стекла отражается еще 4%. Оба эти пучка имеют почти одинаковую интенсивность и к тому же являются когерентными. Когда они встречаются в С, происходит их интерференция. Будет ли в С свет усиливаться или гаситься, зависит исключительно от разности длин двух путей АС и ABC.
Если мы посмотрим, то увидим, что отражение в Л отличается от отражения в В; в первой случае свет отражается от границы раздела стекло —воздух, а во втором воздух — стекло. Юнг доказал, что между этими лучами действительно существует различие; именно различив в характере отражения порождает разность хода в половину длины световой волны. Это означает, что, когда фактическая линейная разность хода между этими двумя пучками составляет целое число световых волн, в этом месте нучки не усиливают, а гасят друг друга, т, е. если разность хода равна целому числу волн, то наблюдается темная интерференционная полоса, а не светлая. Это противоположно тому, что происходит в простом опыте Юнга, который был описан выше.
Теперь рассмотрим более подробно общую картину интерференционных полос от нашего воздушного клина, ограничившись пока одним лучом. Продвигаясь постепенно от вершины клина (место соприкосновения пластинок), мы одно ва другим проходим положения, в которых толщина слоя воздуха равна полуволне, двум полуволнам, трем полуволнам и т. д. В каждом из этих положений появляются темные интерференционные полосы. Поскольку половина световой волны составляет примерно 1/40 000 см, то очевидно, что полосы указывают на ничтожные изменения толщины воздушного клина. Чтобы избежать путаницы, следует воспользоваться светом только одной длины волны; в противно'М случае интерференционные полосы для разных длин волн (различных цветов) будут накладываться друг на друга! Таким образом, полосы превращаются в микрометрическую шкалу для измерения толщины воздушного промежутка. Если на одной из этих двух поверхностей есть выпуклости или впадины, то воздушные промежутки в этих точках будут отличаться от соседних. Из-за этого интерференционные полосы будут менять форму при пересечении таких областей и тем самым выявлять микротопографию поверхности. Иными словами, наши полосы превращаются в горизонтали рельефа на топографических картах. Давайте теперь посмотрим, какого рода топографическую карту будет давать коническая «сахарная голова» (рис. 20). Топографические карты строятся путем воображаемого сечения ландшафта последовательностью параллельных
плоскостей, скажем, на расстоянии 50 л одна от другой. Если А:. — уровень моря, а В, С, D — три такие плоскости, то они пересекут конический холм по окружностям. На карте рельефа, как показано внизу, буду» видны окружности, и при переходе от одной горизонтали к соседней высота ландшафта меняется на 50 м.
В сущности ситуация с оптическими интерференционными полосами у нас такая же, с той только-разницей, что мы производим сечения поверхности воображаемыми плоскостями, которые отстоят одна от другой на половину длины световой волны. Следовательно, при переходе от одной световой горизонтали к соседней (т. е. от одной интерференционной полосы к следующей) высота поверхности будет изменяться на 1/40000 см. Как конический холм, так и коническая впадина дают одинаковые картины горизонталей, но можно привлечь другие оптические устройства и отличить их друг от друга. Таким образом, интерференционные полосы являются хорошим индикатором микрорельефа и позволяют выявить все подробности микроструктуры поверхности,,
Интересно, что, хотя Ньютон еще в 1704 г. в своей знаменитой «Оптике» подробно описал свойства этих интерференционных полос (ньютоновы кольца), лишь в 1886 г. французский приборостроитель Лоран догадался, что подобные интерференционные узоры представляю* собой по Существу контурную карту микроструктуры поверхности. С тех пор этот метод начали использовать в оптическом производстве для проверки качества обработки оптических деталей.
Поскольку описанные выше интерференционные полосы возникают при отражении света от двух поверхностей и в образовании их принимают участие всего два луча, этот метод называется двухлучевой интерферометрией.