ID: 42252

Название работы: КОНТРОЛЬ МАЛОЙ КЛИНОВИДНОСТИ ПЛАСТИН НА ИНТЕРФЕРОМЕТРЕ ЧАПСКОГО

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Физика

Описание: 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 .

Язык: Русский

Дата добавления: 2013-10-28

Размер файла: 302 KB

Работу скачали: 31 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 ( = 0,58310-6 [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