Интерференция поляризованных лучей

Красивую светосильную интерференционную картину можно получить при интерференции поляризованных лучей (хроматической поляризации), используя оптическую схему, представленную на рис. 5.17).

Рис. 5.17.

Роль когерентных лучей в этом случае играют обыкновенный и необыкновенный лучи, возникающие в анизотропном образце К вследствие двойного лучепреломления линейно поляризованного луча, вышедшего из поляризатора П. Анизотропный образец вырезан так, чтобы оптическая ось была параллельна его передней грани и, следовательно, обыкновенный и необыкновенный лучи, распространяясь в образце с разными скоростями, т. е. проходя разные оптические пути, пространственно не разделялись. Так как обыкновенный и необыкновенный лучи линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях, для получения интерференционной картины необходим второй поляроид (николь) А, с помощью которого колебания приводятся к одному направлению. На рис. 5.18 представлены векторные диаграммы сложения колебаний для случаев скрещенных и параллельных поляроидов П и А.

Рис. 5.18.

Используются следующие обозначения: П и, А — оси первого и второго поляроидов, 00' — оптическая ось анизотропного образца, Е — вектор-амплитуда колебаний, вышедших из первого поляроида, Е₀иЕ_е — амплитуды колебаний обыкновенной и необыкновенной волн в образце, Е₁ и Е₂ — амплитуды колебаний, вышедших из второго поляроида. Как видно из рисунка, при скрещенных поляроидах из второго поляроида выходят две когерентные волны с равными амплитудами Ei =Е₂ =? • cos ос sin ос и сдвигом по фазе 5ф = (2л / А,) • d (n_e -п₀) + п; при.

2п

параллельных поляроидах Е_г=Е- sin² а , Е₂=Еcos² ос и 8ср =—d (n_e — п₀).

А, Таким образом, при повороте одного из поляроидов на 90° сдвиг по фазе изменяется на л и, соответственно, цвета интерференционной картины меняются на дополнительные.

Интерференция поляризованных лучей является чувствительным индикатором оптической анизотропии вещества.

Интерферометры

Оптические приборы, использующие явление интерференции и позволяющие производить те или иные исследования путем анализа интерференционной картины, называются интерферометрами.

Интерферометр Жамена. Состоит из двух идентичных толстых пластин, расположенных почти параллельно друг другу (рис. 5.19). Если бы пластины были строго параллельны, то лучи, изображенные на рисунке, имели бы одинаковую оптическую длину, т. е. разность хода Д = 0 во всех местах. Если пластины немного сдвинуть, нарушив параллельность, то появятся интерференционные полосы. Если теперь на пути одного из лучей поместить исследуемое вещество толщиной I, то появится дополнительная разность хода ((п_х — 1) • к), которая приведет к соответствующему смещению интерференционной картины: тк = Z • (п_х — 1) (т — число полос, на которое сместилась картина). Определив экспериментально т, можно очень точно (Дп_х ~ lO⁷) рассчитать п_х — показатель преломления исследуемого вещества. Поэтому интерферометр Жамена называют еще интерференционным рефрактометром.

Рис. 5.19.

Интерферометр Майкельсона. Пучок не очень сильно расходящихся лучей падает на полупрозрачную пластинку Щ и разделяется на два пучка. После отражения от зеркал эти лучи возвращаются на пластинку и попадают в зрительную трубу (рис. 5.20). Поскольку один луч на два раза больше проходит через пластинку П_1} на пути второго ставят компенсационную пластинку П₂ такой же оптической толщины. В зрительной трубе наблюдают полосы равного наклона в виде концентрических окружностей. Если одно из зеркал сдвинуть (параллельно самому себе), то появится дополнительная разность хода и интерференционная картина сместится. Этот прибор, таким образом, может применяться для очень точного измерения длины. В частности, с помощью интерферометра Майкельсона был установлен новый эталон длины — красная линия кадмия.

Рис. 5.20.

Если использовать параллельный пучок света, то, повернув на некоторый угол одно из зеркал, можно наблюдать полосы равной толщины.

С помощью описанного выше прибора Майкельсон совместно с Морли в 1887 г. пытался установить движение Земли относительно эфира (распространение деформаций которого связывалось с распространением света).