Оптических свойств воздуха

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВОЗДУХА

С ПОМОЩЬЮ ИНТЕРФЕРОМЕТРА ЖАМЕНА

 

Цель работы – исследование влияния изменения атмосферного давления на его показа­тель преломления; определение поляризуемости молекул воздуха, оценка размера молекулярного диполя.

 

Описание интерференционного метода исследования

оптических свойств воздуха

Для измерения изменения показателя преломления при изме­нении давления газа удобно воспользоваться интерферометром Жамена. Интерферометр Жамена состоит из двух толстых плос­копараллельных стеклянных пластин одинаковой толщины (рис. 1). На пластину П₁ падает световой пучок от гелий-неонового лазера, генерирующего монохроматическое излучение с длиной волны  = 0,6328 мкм, соответствующей красному цвету. Для простоты будем считать этот пучок параллельным.

Рис. 1

 

Если пластины П₁ и П₂ строго параллельны, то лучи 1 и 2 падают на пластину П₂ под тем же углом, что и исходный луч на пластинку
П₁ (). На выходе из П₂ лучи 1 ¢ и 2 ¢ совпадают. Равны и оптические пути лучей в интерферометре, т.е. разность хода лучей равна нулю. Тогда на экране, установленном в пучке 1 ¢, 2 ¢ после интерферометра, наблюдается светлое пятно.

Однако для удобства интерференционных измерений интерферометр немного разъюстируют: поворачивают пластину П₂ по отношению к пластине П₁ на малый угол  относительно оси, перпендикулярной к плоскости падения входного луча. В этом случае на выходе из интерферометра накладываются два скрещенных пучка. На экране наблюдаются чередующиеся прямые светлые и темные полосы. Период интерференционной картины зависит от угла  между направлениями пучков 1 ¢, 2 ¢ (штриховая линия).

Чтобы измерить изменение показателя преломления, на пути лу-
чей между пластинами интерферометра устанавливают каме­ру с отдельными каналами для каждого из лучей. Схема камеры показана на рис. 2. Здесь 1 – корпус камеры; 2 – стеклянные окна; 3 – отверстие, соединяющее один из каналов с атмосферой; 4 – шланг к источнику дополнительного давления.

 

Рис. 2

 

При изменении давления в одном из каналов изменяется пока­затель преломления воздуха. Это приводит к дополнительной разности хода между интерферирующими лучами

,                                (1)

где  – показатель преломления воздуха в канале, соединенном с атмосферой;  – показатель преломления воздуха в канале с изменяемым давлением;  – длина канала.

Дополнительная разность хода приводит к смещению интер­ферен-ционных полос. Число полос, на которое смещается интерференцион-­

ная картина, определяется формулой

.                                              (2)

Следовательно, зная  и  и под­считав, на какое число полос сместилась интерференционная картина, можно найти изменение показателя преломления:

 

.                                           (3)

 

Соответствующее изменение давления  измеряется маномет­ром. Интерференционная картина наблюдается на экране.