42252

КОНТРОЛЬ МАЛОЙ КЛИНОВИДНОСТИ ПЛАСТИН НА ИНТЕРФЕРОМЕТРЕ ЧАПСКОГО

Лабораторная работа

Физика

Рассмотрим возникновение полос равного наклона и определим величину разности хода лучей отраженных под некоторым углом от плоскопараллельной пластины рис. Если поверхности пластины образуют между собой малый угол  то изображения источника 1 в фокальной плоскости 6 разойдутся на расстояние l =n где  фокусное расстояние линзы 5. Первый случай соответствует перемещению пластины в сторону увеличения её толщины второй в сторону уменьшения. Появление или исчезновение кольца соответствует изменению толщины пластины на величину .

Русский

2013-10-28

302 KB

19 чел.

-26-

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

КОНТРОЛЬ МАЛОЙ КЛИНОВИДНОСТИ ПЛАСТИН НА ИНТЕРФЕРОМЕТРЕ ЧАПСКОГО

Цель работы - изучение интерференционного метода контроля малой клиновидности плоскопараллельных пластин.

Клиновидность плоскопараллельных пластин вызывает двоение изображения и поперечный хроматизм. Величина допустимой погрешности определяется назначением детали и её положением в оптической системе.

Плоскопараллельность полированных пластин и величину малых углов клиньев определяют на интерферометре Чапского. Действие прибора основано на принципе интерференции световых лучей, отраженных рабо-чими поверхностями детали. Если отраженный свет широкого источника собирается линзой, то в её фокальной плоскости наблюдается интерферен-ционная картина в виде концентрических колец. Эти полосы называют полосами равного наклона в отличие от полос равной толщины, наблю-даемых при интерференции в клине. Вид и локализация полос интерферен-ции определяются величиной угла клина и условиями освещения.

Рассмотрим возникновение полос равного наклона и определим величину разности хода лучей, отраженных под некоторым углом от плоскопараллельной пластины (рис.10).

В плоскости изображения широкого источника света 1, помещенного в фокусе объектива коллиматора 2, наблюдают полосы равного наклона. Изображение получают в фокальной плоскости 6 линзы 5.

Для любого луча а, падающего на пластинку 3 под углом , часть света отражается первой поверхностью (луч а1), а часть проникает в глубь стекла, и отразится от второй поверхности. Выйдя из пластинки, луч а2 направится параллельно лучу а1, отраженному первой поверхностью.

Пройдя объектив 5, лучи а1 и а2 интерферируют в фокальной плос-кости 6. В зависимости от разности хода этих лучей (определяемой тол-щиной d пластинки, показателем преломления n её материала и углом падения света) будет наблюдаться интерференционный максимум или минимум. Разность хода этих лучей (рис.11):

=n(AB + BC) - CD - (11)

если = 2, где = 1,2,3,..., то наблюдают интерференционный максимум.

При = (2 + 1) - интерференционный минимум.

Из формулы (11) видно, что для лучей падающих на пластинку под углом, разность хода зависит от угла падения. Поскольку под одним и тем же углом на пластинку падает пучок лучей в виде конической поверхности, то в фокальной плоскости объектива будет наблюдаться светлое или темное кольцо (при = 2 - светлое, при = (2 + 1) - темное).

При использовании широкого источника угол падения света на пластину меняется в больших пределах, поэтому в фокальной плоскости объектива 5 наблюдается ряд чередующихся светлых и темных колец кон-центрической формы. Если поверхности пластины образуют между собой малый угол , то изображения источника 1 в фокальной плоскости 6 разой-дутся на расстояние  l =n, где - фокусное расстояние линзы 5. При этом в фокальной плоскости изображения некогерентных точек источника 1 будут накладываться друг на друга. Если l r, (r- дифракционный размер точки источника), то интерференция наблюдаться не будет. Дифрак-ционный радиус точки определяется по формуле:

(12)

где D - диаметр диафрагмы 4 (см.рис.10)

Критический угол клина 0 , при котором интерференционная карти-на размывается, равен:

(13)

При  в плоскости 6 будут наблюдаться контрастные интер-ференционные полосы равного наклона.

Для контроля параллельности пластин интерференционную картину, получаемую  в фокальной плоскости 6 линзы 5, рассматривают с помощью окуляра, который вместе с линзой 5 (рис.10) образует зрительную трубу. Для удобства наблюдения и отсчета половина поля зрения окуляра перекрыта, поэтому наблюдают картину полуколец.

Если пластина 3 плоскопараллельна, то при её перемещении под объективом 5 никаких изменений в поле зрения окуляра наблюдаться не будет. Если же  пластина клиновидна, то разность хода для каждого луча будет изменяться. Вследствие этого одновременно с перемещением плас-тинки будет наблюдаться смещение колец интерференции. Кольца либо появляются в центре и перемещаются к периферии, либо наоборот – пере-мещаются к центру и исчезают. Первый случай соответствует перемещению пластины в сторону увеличения её толщины, второй - в сторону уменьше-ния.

Появление или исчезновение кольца соответствует изменению толщины пластины на величину .

Наблюдая перемещение колец относительно какой-либо точки поля зрения окуляра, можно определить изменение толщины пластины, пере-двинув её по всей длине под объективом 5.

Если при перемещении пластины на длину L появилось или исчезло N колец, то величину клиновидности определяют по формуле:

tg  =  (14)

где - длина световой волны, для которой производятся измерения ( = 0,58310-6 [м]).

Формула (14) справедлива для случая, когда пластинку передвигают перпендикулярно ребру клина.

Описание конструкции прибора

Используемый в данной работе интерферометр Чапского (рис.12) состоит из широкого источника света 1 (неоновой лампы со светящимся диском), щелевой диафрагмы 2 переменной величины, конденсора 3, разде-лительной призмы 4 с углами 60, объектива 5, окуляра 6.

Луч света, пройдя конденсор, отражается призмой и, пройдя через объектив, падает на испытуемую пластинку, отражается от двух поверхно-стей, опять проходит объектив, призму и попадает в окуляр.

Интерференционная картина локализуется в фокальной плоскости объектива 5. Наблюдают интерференционную картину с помощью окуляра 6. Прибор применяют для контроля пластин с величиной клина не более 12 при толщине пластины 10[мм].

Содержание работы

  1.  Получить в поле зрения окуляра интерферометра Чапского резкое изображение интерференционных полос равного наклона от клиновидной пластинки.
  2.  Измерить клиновидность нескольких пластин.

Методические указания и порядок выполнения работы

  1.  Включить источник света.
  2.  Поместить испытательную пластинку на столик интерферометра.
  3.  Получить резкое изображение штриховой сетки окуляра.
  4.  Вращая кольцо объектива, добиться резкого изображения интер-ференционной картины в поле зрения окуляра.
  5.  Вращая столик, установить пластинку в такое положение, чтобы при перемещении её по одним направляющим картина оставалась без изме-нения (это соответствует перемещению пластины параллельно ребру клина), а при перемещении по направляющим, перпендикулярным первым, наблюдалось смещение интерференционных колец (это соответствует пере-мещению пластины перпендикулярно ребру клина).
  6.  Перемещая пластину по направляющим, перпендикулярным ребру клина, сосчитать число колец (N), переместившихся в поле зрения окуляра относительно штриха сетки, снять по шкале, нанесенной на направляющих, начальный и конечный отсчеты, соответствующие перемещению пластины на её длину L. Результаты измерений для всех контролируемых пластин занести в таблицу 1.

Таблица 1

образца

Марка

стекла

n

N

L(M)

tg

7.Для одной из пластинок с максимальным N повторить несколько раз измерения, сняв по шкале отсчеты, соответствующие перемещению пластины на каждое кольцо. Данные измерений занести в таблицу 2.

Таблица 2

Перемещение пластины [мм]

Порядковый номер кольца

Разность оптической толщины пластины [мкм]

Исчезновению или появлению одного кольца соответствует измене-ние толщины пластины на , где n - показатель преломления материала пластинки.

8. На основании данных таблицы 2 построить графическую зависи-мость изменения толщины пластины в данном направлении от перемещения d = (L). Оценить погрешность измерения клиновидности. (При построе-нии графика изменения толщины пластины от перемещения, пользоваться методом  наименьших квадратов).

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

  1.  Краткую теоретическую часть.
  2.  Оптическую схему интерферометра Чапского.
  3.  Расчетную формулу для определения клиновидности (формулу 4).
  4.  Таблицы 1 и 2 результатов измерения клиновидности.
  5.  График изменения толщины пластины как функцию перемещения в направлении, перпендикулярном ребру клина.
  6.  Анализ погрешностей и вывод по проделанной работе.

Контрольные вопросы

  1.  Объяснить разницу между интерференционными полосами рав-ного наклона и равной толщины.
  2.  Почему при малой клиновидности контролируемой пластины наблюдаются полосы равного наклона?
  3.  В каком интервале клиновидности пластины могут производиться измерения с помощью интерферометра Чапского?
  4.  Назначение элементов оптической схемы интерферометра Чапского.
  5.  Для чего необходим контроль клиновидности плоскопараллельных пластин?
  6.  Какую минимальную клиновидность можно обнаружить с помо-щью интерферометра Чапского?
  7.  Как расширить диапазон измерений?
  8.  Какими причинами ограничивается верхняя граница измерений?

Литература

  1.  Захарьевский А.Н. Интерферометры. Оборонгиз, 1952г.

.Нагибина И.М. Интерференция и дифракция света. - Л.:Машино-строение, 1974г.

Федотов Г.И., Новицкий Л.А., Гоменюк А.С.и др.; под ред. Новицкого Л.А. - М. Лабораторные оптические приборы. Учебное пособие для приборостроительных и машиностроительных вузов. - М. Машино-строение , 1979г.

Краткая теоретическая часть методических указаний стр.8


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

5678. Історія економіки та економічної думки. Предмет і метод історії економіки та економічної думки 1.3 MB
  Предмет і метод історії економіки та економічної думки Поява історії економіки та економічної думки як самостійної учбової дисципліни в учбових планах і програмах провідних вузів України та країн Західної Європи було обумовлено необхідністю...
5679. Психологія. Конспект лекцій. Предмет і методи психології 273.5 KB
  Передмова Курс Психологія являє собою складову частину загальногуманітарної підготовки студентів. Психологія - одна з найцікавіших у світі наук. Саме психологія дає змогу відшукати відповіді на життєво важливі питання: як і чому люди думають,...
5680. Релігієзнавство. Курс лекцій. Релігія та суспільство 85.25 KB
  Лекція 1. Релігія та суспільство Поняття та сутність релігії: а) богословсько-теологічне дослідження релігії б) філософський аналіз релігії в) наукові теорії дослідження релігії. Виникнення релігії: а) формування релігійних уявле...
5681. Охорона праці в галузі. Конспект лекцій 636.5 KB
  Основні поняття організації охорони праці в галузі Виробниче середовище - частина техносферы, що володіє підвищеною концентрацією негативних чинників. Основними носіями травмуючих і шкідливих чинників у виробничому середовищі є машини і т...
5682. Основи замлевпорядкування та кадастру. Курс лекцій 2.09 MB
  Нормативно-правові основи землевпорядкування та кадастру Нормативно-правове підгрунтя в системі землевпорядкування та кадастру за нормами міжнародного права Національна система законодавства в галузі землевпорядкування та ...
5683. Інформаційно-аналітична діяльність. Наукова обробка документів 677.5 KB
  Обсяг і зміст матеріалу, що увійшов до конспекту лекцій відповідають вимогам робочої програми з дисципліни Інформаційнно - аналітична діяльність. Конспект лекцій містить мету і завдання дисципліни, програму курсу. У кінці конспекту лекцій пода...
5684. Адміністративний менеджмент. Теорія адміністративного менеджменту 67.27 KB
  Адміністративний менеджмент Тема. Теорія адміністративного менеджменту Історичні передумови та еволюція адміністративного менеджменту Розвиток АМ розпочинається від древніх цивілізацій до нової історії (від зародження менеджменту як особливого науко...
5685. Предмет, задача та методи психології і педагогіки 352.59 KB
  Предмет,задача та методи психології і педагогіки ПИТАННЯ Визначення предмета психології і педагогіки. Різноманітні теорії про природу психіки. Задача психології і педагогіки як наук та навчального предмета в НАУ. ...
5686. Психологічна характеристика особистості 361.73 KB
  Психологічна характеристика особистості Питання Поняття та сутність особистості. Основні фактори й умови формування особистості. Психологічні особливості та психологічна структура особистості...