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

62090. Art/Painting 24.43 KB
  Цели урока: Практические: обобщить и систематизировать знания по теме Аrt Pаinting закрепление умений в говорении по теме Аrt Pаinting развитие умений восприятия и понимания иноязычной речи на слух Развивающие: развитие коммуникативных навыков...
62091. Твои игрушки придумал художник 549.61 KB
  Цель урока: Углубление знаний о работе с пластилином через лепку животного Задачи урока: Образовательные Воспитательные Развивающие формирование навыка работы с пластилином передача пропорций и конструкций тела лепка...
62092. Отрасли экономики. Классификация профессий 212.75 KB
  Цели урока: Воспитательная: Воспитывать толерантность по отношению друг к другу; Воспитывать уважительное отношение к труду людей; Образовательная: Ознакомить учащихся с отраслями экономики и классификаций профессий...
62093. Определение первообразной 24.38 KB
  Определение темы цели задач урока Сообщает тему цели и задачи урока. Напоминает определение производной и ее физический смысл на примере задачи о мгновенной скорости используя слайд презентации.
62094. Technology. My own invention 27.7 KB
  So today we will have the last class devoted to topic Technology and of course we couldn’t have used modern gadgets without people who had invented them. So today we’ll talk about famous inventors...
62095. Les régions de la France 18.67 KB
  Цели урока: 1) Образовательные: - формирование коммуникативных компетенций учащихся в различных аспектах языков; - формирование социокультурных знаний и умений; 2) Воспитательные: - повышение культуры речевого общения в процессе овладения принятыми правилами речевого этикета...
62096. Неравенства с одной переменной (с одним неизвестным) 40.42 KB
  Воспитательная: Воспитание целеустремленности организованности ответственности самостоятельности умение общаться. А теперь используя эти определения попробуйте ответить на следующие вопросы.
62097. Полюбуйся, весна наступает! «Как Весна Зиму поборола» (русская сказка) 25.06 KB
  Цель: познакомить учащихся со сказкой Как Весна Зиму поборола совершенствовать навыки чтения; обогащать словарный запас; работать над выразительностью чтения; усовершенствовать умения анализировать сравнивать понимать текст прочитанного способствовать...
62098. Овощи. Приготовление блюд из овощей. Питание и здоровье 28.49 KB
  Задачи урока: Обучающие О способствовать формированию и развитию умений и навыков по приготовлению блюд из вареных овощей; способствовать осознанию основного технологического материала...