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Interferometer Die Erfindung betrifft ein Interferometer, insbesondere
zur Ermittlung des Brechzahlverlaufs in geschichteten Lösungen. Zur Lösung dieser
Aufgabe sind bereits Interferometer vom Jaminschen Typ vorgesdlagen worden, doch
befriedigen diese Interferometer in technischer Hinsicht noch nicht, weil ihnen
gewisse Nachteile anhaften. So werden bei diesen Interferometern die Lichtstrahlen
durch Glasplatten geteilt und wieder vereinigt, indem jeweils ein Teil der Lichtstrahlen
an einer der Glasplattenoberflächen reflektiert wird und der andere Teil in die
Glasplatte eintritt und erst nach doppeltem Durchlaufen der Glasplatte aus dieser
wieder austritt. Die Lichtwege von den die zu untersuchende Lösung und eine Vergleichsflüssigkeit
enthaltenden Küvetten an gerechnet sind deshalb bis zum Vereinigungspunkt der Strahlen
nicht gleich lang und es ist deshalb nicht ohne weiteres möglich, z. B. beide Küvetten
gleich scharf abzubilden. Außerdem ist es bei diesem Interferometer nicht möglich,
mit einfachen Mitteln eine Justierung der Interferenzstreifen vorzunehmen, vielmehr
sieht man dafür zwei planparallele Glasplatten in den Lichtwegen der geteilten Strahlen
vor, welche z. B. zur Einstellung des Streifenabstandes und der Streifenbreite in
entgegengesetzter Richtung gekippt werden. Diese GlaspIatten ebenso wie die zur
Strahlenteilung und Wiedervereinigung dienenden Platten müssen optisch äußerst genau
hergestellt sein, beispielsweise gleich dick sein, wenn man mit weißem Licht Interferenzen
erhalten will. Ein solches Interferometer wird deshalb verhältnismäßig teuer.
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Erfindungsgemäß wird deshalb ein Interferometer verwendet, welches
in Verbindung mit einem Mikroskop bekanntgeworden ist und das aus einem Teilungsprisma
sowie zwei Spiegeln besteht, welche so angeordnet sind, daß die an der Teilungsschicht
reflektierten und die an der Teilungsschicht hindurchgelassenen Lichtanteile beide
von den zwei Spiegeln reflektiert werden, so daß sie in entgegengesetzter Richtung
im Interferometer umlaufen, und das sich dadurch auszeichnet, daß einer der Spiegel
durch einen Winkelspiegel ersetzt ist. Dieses Gerät macht sich die Vorteile der
bekannten Interferometer zunutze und vermeidet deren Nachteile.
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Abgesehen davon, daß dieses Interferometer im wesentlichen nur aus
drei Bauteilen besteht, ist es nicht notwendig, an diese Teile optisch große Anforderungen
zu stellen, weil die geteilten Strahlen dieselben optischen Elemente durchsetzen
und der Strahlengang vollkommen symmetrisch ist. Damit ist aber gewährleistet, daß
die Lichtwege der geteilten Strahlen von der Probe und Vergleichsflüssigkeit bis
zum Vereinigungspunkt ohne Schwierigkeiten gleich lang gemacht werden können, wenn
nur die Küvetten an einem ge-
eigneten Ort im Strahlengang angeordnet werden, so
daß die Küvetten durch ein gemeinsames Objektiv gleich scharf abbildbar sind.
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Darüber hinaus können aber wegen der Verwendung des Winkelspiegels
die Teilstrahlen im Gegensatz zu dem bekannten Interferometer wenigstens teilweise
in parallelen Ebenen laufen, so daß an dieser Stelle die Küvetten anordbar sind.
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Darüber hinaus genügt es aber, in zweckmäßiger weiterer Ausgestaltung
der Erfindung zum Zwecke der Einstellung der Streifenbreite und des Streifenabstandes
der Interferenzstreifen wegen der Gegenläufigkeit der Strahlen eine einzige planparallele
Platte im Strahlengang kippbar anzuordnen und auch diese planparallele Platte kann
noch fortfallen, wenn man die Küvetten selbst als kippbare planparallele Platte
ausbildet.
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In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist der Winkelspiegel
vorteilhaft derart angeordnet, daß die Schnittlinie seiner Spiegelflächen parallel
zu der durch die geteilten Strahlen gebildeten Ebene liegt.
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Dadurch werden die auf ihn treffenden Lichtstrahlen seitlich versetzt
und die zu untersuchende Lösung und die Vergleichsflüssigkeit werden in nebeneinanderliegenden
Küvetten angeordnet. Die zur Regelung der Streifenbreite und des Streifenabstandes
vorgesehene planparallele Platte oder auch die als planparallele Platte ausgebildeten
Küvetten werden bei dieser Ausbildung zur Erzielung von senkrecht auf der durch
die geteilten Strahlen gebildeten Ebene stehenden Interferenzstreifen um eine auf
der durch die geteilten Strahlen gebildete Ebene senkrecht stehenden Achse gekippt.
Will man Interferenzstreifen erzeugen, welche parallel zu der durch die geteilten
Lichtstrahlen gebildeten Ebene liegen, so müssen zwei planparallele Platten vorgesehen
werden, welche dann in bekannter
Weise in entgegengesetztem Sinne
um Achsen parallel zu der durch die geteilten Strahlen gebildeten Ebene gekippt
werden.
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Soll der Brechzahiverlauf während eines Mischungsvorganges zweier
Flüssigkeiten untersucht werden, so sind vorteilhaft die zu untersuchende Lösung
und die Vergleichsflüssigkeit nebeneinander in einer gemeinsamen Küvette durch eine
entfernbare Wand getrennt angeordnet. Die Vermischung erfolgt dann nach Entfernen
dieser Wand. Derselbe Erfolg wird erzielt, wenn man eine der nebeneinanderliegenden
Küvetten horizontal durch eine Wand unterteilt und in den einen auf diese Weise
gebildeten Raum die zu untersuchende Lösung, in den andern Raum und in die nicht
unterteilte Küvette die Vergleichsflüssigkeit einbringt.
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Will man den Brechzahlverlauf einer Lösung während des Zentrifugierens
dieser Lösung festhalten, so sind zweckmäßig die Küvetten um eine Achse parallel
zu den Lichtstrahlen zwischen dem Planspiegel und dem Winkelspiegel rotierbar angeordnet.
Auch dabei können die beiden Küvetten unmittelbar nebeneinanderliegen, jedoch müssen
dann Mittel vorgesehen werden, durch die erreicht wird, daß jede Küvette nach jeder
Umdrehung in denselben Strahlengang der geteilten Strahlen gelangt und kein Verwischen
der Küvettenbilder erfolgt. Die Strahlenversetzung durch den Winkelspiegel kann
leicht durch entsprechende Äusbildung und Anordnung dieses Spiegels so groß gewählt
werden, daß die Küvetten auch diametral zur Rotationsachse anordbar-sind. Auch hierbei
ist darauf zu achten, daß Mittel vorgesehen werden, um die sich beider Rotation
iiberlagérñdén Bilder zu trennen.
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Durch die große seitliche Versetzung der geteilten Strahlen im letzteren
Fall bedingt können zur Materialersparnis an Stelle des einen Teilungsprismas und
des einen Planspiegels auch jeweils zwei vorgesehen werden, die dann hintereinander
so anzuordnen sind, als ob das Mittelstück aus ihnen herausgeschnitten wäre. Andererseits
kann, wenn keine große Strahlungsversetzung gefordert wird, der Winkelspiegel durch
ein Dachkantprisma ersetzt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei Verwendung
eines Dachkantprismas die geteilten Strahlen bei der Reflexion an den Dachflächen
des Dachkantprismas wenigstens teilweise in verschiedenen Schwingungsrichtungen
polarisiert werden, so daß bei der Uberlagerung unscharfe Interferenzstreifen entstehen.
Um dies zu vermeiden, verspiegelt man vorteilhaft die Dachflächen zur Erzielung
einer metallischen Reflexion. Man kann aber auch zweckmäßig in den Beobachtungsstrahlengang
einen Analysator einschalten, welcher dann nur die in derselben Ebene schwingenden
Komponenten des Lichts ausblendet, so daß wieder scharfe Interferenzstreifen entstehen.
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Ordnet man in einer anderen Ausführungsform der Erfindung den Winkelspiegel
vorteilhaft so an, daß die Schnittlinie seiner Spiegelflächen senkrecht auf der
durch die geteilten Strahlen gebildeten Ebene steht, so tritt keine seitliche Versetzung
der geteilten Strahlen mehr auf, doch wird jetzt z. B. das Bild der Küvette mit
der zu untersuchenden Lösung durch die in der einen Richtung verlaufenden geteilten
Strahlen aufrecht stehend und durch die in entgegengesetzter Richtung laufenden
Strahlen kopfstehend abgebildet.
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Beide Bilder überlagern sich und es kann das eine von diesen Bildern
an die Stelle des Bildes der Vergleichsflüssigkeit treten. Zur Einstellung der Streifenbreite
und des Streifenabstandes von parallel zu der durch die geteilten Strahlen gebildeten
Ebene liegenden Interferenzstreifen ist in diesem Falle nur eine um eine Achse parallel
zu der durch die geteilten Strahlen ge-
bildeten Ebene kippbare planparallele Platte
erforderlich.
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In der Zeichnung, aus der in Verbindung mit ihrer Beschreibung weitere
Einzelheiten der Erfindung ersichtlich sind, sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 ein Interferometer nach der Erfindung in einer
ersten Ausführungsform in perspektivischer Darstellung, Fig. 2 die Seitenansicht
zu Fig. 1, Fig. 3 eine andere Ausführungsform einer Küvette für das Interferometer
nach Fig. 1, Fig. 4 eine geänderte Ausführungsform des Interferometers nach Fig.
1, Fig. 5 eine Seitenansicht zu Fig. 4, Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines
Interferometers nach Fig. 1.
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In den Fig. 1 und 2 sind ein Teilungsprisma 1 mit einer halbdurchlässigen
Spiegelschicht 1', ein Dachkantprisma 2 mit Spiegelflächen 3 und 4, welche in der
Dachkante2' zusammenstoßen und ein Planspiegel 5 so angeordnet, daß ein im Teilungsprisma
1 in die beiden Anteile 6 und 7 geteilter Lichtstrahl 8 in entgegengesetzter Richtung
das Interferometer durchläuft.
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Zwischen Planspiegel 5 und Dachkantprisma 2 sind zwei Küvetten 9 und
10 angeordnet. Die Küvette 9 enthält eine zu untersuchende Lösung und die Küvette
10 eine Vergleichsflüssigkeit. Zwischen dem Teilungsprisma 1 und dem Dachkantprisma
2 sind zwei planparallele Platten 11 und 11' um Achsen 12 und 12' kippbar angeordnet.
Der Strahl 7 trifft im Dachkantprisma 2 auf die Spiegelfläche 3 im Punkt 13. Von
dort wird er in den Punkt 14 der Spiegelfläche 4 gelenkt. Nach Verlassen des Dachkantprismas
2 durchsetzt er die Küvette 10 und gelangt nach Reflexion am Planspiegel 5 wieder
in.das Teilungsprisma 1, wo er im Punkt 15 die halbdurchlässige Spiegelschicht 1'
durchsetzt. Der das Teilungsprisma 1 verlassende Lichtstrahl 6 wird vom Planspiegel
5 in die Küvette 9 gelenkt und trifft, nachdem er die Küvette durchsetzt hat, im
Punkt 16 auf die Spiegelfläche3. Von dort wird er in den Punkt 17 der Spiegelfläche
4 gelenkt und überlagert sich im Punkt 15 der halbdurchlässigen Spiegelschicht 1'
mit dem Strahl 7. Wie aus der Fig 2 ersichtlich ist, werden durch das Dachkantprisma
2 die geteilten Strahlen seitlich versetzt, und zwar der Strahl 7, ehe er die Küvette
10 durchsetzt, und der Strahl 6, nachdem er die Küvette 9 durchsetzt hat.
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Durch Kippen der Glasplatten 11 und 11' um die Achsen 12 und 12' in
entgegengesetztem Sinne wird erreicht, daß die Strahlen aus der Zeichenebene der
Fig. 1 heraus versetzt werden. Dabei rücken sie entsprechend dem Drehsinn der Platten
11 und 11' auseinander oder zusammen, so daß sie mit benachbarten Strahlen interferieren,
wodurch eine Möglichkeit zur Regelung des Streifenabstandes und der Streifenbreite
gegeben ist. Die dabei entstehenden Streifen liegen parallel zur Zeichenebene der
Fig. 1. Die Küvetten 9 und 10 können zwischen dem Planspiegel 5 und dem Dachkantprisma
2 so angeordnet werden, daß die sie verlassenden Lichtstrahlen bis zu ihrer Vereinigung
im Punkt 15 der halbdurchlässigen Spiegelschicht 1' optisch gleich lang sind, so
daß die Küvetten und auch die Interferenzstreifen durch eine nicht gezeichnete geeignete
Abbildungsoptik gleich scharf auf einen Schirm projiziert werden können.
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In Fig. 3 ist eine geänderte Ausführungsform einer Küvette für das
Gerät nach Fig. 1 dargestellt. Die Küvette, welche mit 20 bezeichnet worden ist,
weist eine entfernbare Trennwand 21 auf, so daß für die zu
untersuchende
Flüssigkeit 22 und eine Vergleichsflüssigkeit 23 je eine Kammer entsteht. Nach Entfernen
der Wand 21 mischen sich die Flüssigkeiten. Der Brechungsindexverlauf während des
Mischungsvorganges kann nun beobachtet werden, wenn die Küvette 20 an die Stelle
der Küvetten 9 und 10 der Fig. 1 gesetzt wird, und zwar so, daß die Trennwand 21
sich in Fig. 2 mit der Dachkante 2' deckt. Durch eine geeignete Abbildungsoptik
können dann in dem auf einen Schirm projizierten Bild der Küvetten Interferenzkurven
beobachtet werden, welche, soweit sich die Flüssigkeiten noch nicht vermischt haben,
aus parallelen geraden Linien bestehen und die infolge des Brechungsunterschiedes
der Flüssigkeiten gegeneinander seitlich versetzt sind. In dem bereits vermischten
Teil bilden die Interferenzstreifen Kurven, welche die genannten parallelen Streifen
verbinden.
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Die Küvette 20 selbst kann in diesem Fall an Stelle der Platten 11
und 11' als planparallele Platte ausgebildet sein, welche um eine Achse senkrecht
zur Zeichenebene der Fig. 1 kippbar ist, so daß einmal senkrecht auf der Zeichenebene
der Fig. 1 stehende Interferenzstreifen erzeugt werden und zum andern durch Kippen
deren Abstand und Breite geregelt werden kann.
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Die Fig. 4 und 5 zeigen eine geänderte Ausführungsform. Die Teile,
welche aus der Fig. 1 übernommen worden sind, sind mit denselben Bezugszahlen versehen.
Das Dachkantprisma der Fig. 1 ist durch einen Winkelspiegel mit den Spiegelflächen
30 und 31, welche sich in der Geraden 40 schneiden, ersetzt und die beiden Spiegel
30 und 31 sind so angeordnet, daß wieder eine Versetzung der Strahlen 6 und 7, wie
in Fig. 1, bewirkt wird, diese jedoch wesentlich größer ist, wie aus der Fig. 5
hervorgeht. Durch die große seitliche Strahlenversetzung bedingt kann aus dem Teilungsprisma
1 an den in Fig. 5 gestrichelt gezeichneten Linien 32 und 33 ein Stück zwecks Materialersparnis
herausgeschnitten werden. Dieselbe Möglichkeit besteht für den Planspiegel 5, doch
sind dann besondere Mittel für die Ausrichtung der einzelnen Teile vorzusehen. In
den Fig. 4 und 5 sind die Küvetten der Fig. 1 durch zwei Küvetten 34 und 35 ersetzt,
welche mit einer Welle 36 verbunden sind, die durch eine nicht gezeichnete Vorrichtung
in Drehung gesetzt werden kann. Auf der Welle 36 sitzt drehbar eine Scheibe 39 mit
zwei diametralen, den Küvetten 34 und 35 angepaßten Löchern 37 und 38. Die Scheibe
39 ist durch eine nicht gezeichnete Übersetzung mit der Welle 36 derart verbunden,
daß sie sich mit halber Winkelgeschwindigkeit dreht wie die Welle 36. Dadurch wird
erreicht, daß in den Stellungen 34' und 35' der Küvetten 34 und 35 der Strahlengang
durch die Scheibe 39 unterbrochen wird, weil die Löcher 37 und 38 in den Stellungen
37' und 38' stehen, jedoch bei Drehung der Küvetten 34 und 35 in die Lage 34" und
35" der Lichtstrahl 7 die Küvette 34 und das Loch 37 durchsetzt und der Lichtstrahl
6 die Küvette 35 und das Loch 38, wodurch ein Verwischen der Küvettenbilder bei
Rotation vermieden wird. An Stelle dieser Anordnung der Scheibe 39 können auch zur
Trennung der Küvettenbilder andere geeignete Mittel vorgesehen sein, beispielsweise
eine Polarisationseinrichtung. Zur Regelung der Streifenbreite und des Streifenabstandes
ist die planparallele Platte 11 in Richtung des Pfeiles in Fig. 4 kippbar. Es entstehen
dabei Interferenzstreifen, welche senkrecht auf der Zeichenebene in der Fig. 4 stehen.
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Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform eines Interferometers nach
der Erfindung. Die Teile, welche
aus der Fig. 1 übernommen worden sind, tragen die
gleichen Bezugszahlen. Das Dachkantprisma 2 der Fig. 1 ist so angeordnet, daß seine
Dachkante 2' senkrecht auf der Zeichenebene steht. An Stelle der Küvetten 9 und
10 ist nur eine Küvette 50 mit der zu untersuchenden Lösung vorgesehen. Durch diese
Anordnung wird erreicht, daß der das Teilungsprisma 1 verlassende Strahl 6 von der
Küvette 50, welche durch den Pfeil 51 verkörpert sein möge, ein aufrechtstehendes
Bild 51' erzeugt, wogegen das Bild 51" der Küvette 50, welches durch den Lichtstrahl
7 erzeugt wird, umgekehrt erscheint, weil durch den Winkelspiegel 2 das Bild des
Pfeiles 51 umgekehrt wird. Da es sich um eine geschichtete Lösung handelt, können
deshalb die Interferenzstreifen eines Bildes mit denen des anderen Bildes verglichen
werden. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß für den Fall, daß die Küvette 50 um
die AchseB-B rotiert, keine besonderen Maßnahmen getroffen zu werden brauchen, um
die Bilder zu trennen.