DE389529C

DE389529C - Geraet zum Erzeugen von Interferenzstreifen

Info

Publication number: DE389529C
Application number: DEM80773D
Authority: DE
Original assignee: FRIEDRICH FRANZ MARTENS DR
Current assignee: FRIEDRICH FRANZ MARTENS DR
Publication date: 1924-02-04

Description

Gerät zum Erzeugen von Interferenzstreifen. Es ist eine bekannte Aufgabe der Optik, eine Anzahl ,11 von einzelnen ebenen parallelen Wellen so zu beeinflussen, daß Welle 2 gegen Weile r, Welle 3 gegen Welle 2 usw. einen genau gleichen Gangunterschied erhält, und dann die einzelnen Wellen in der Brennebene Cities Fernrohres zu vereinigen. Ist der Gang--tiiterschied ein ganzes Vielfaches der Wellenlänge k, so entsteht ein heller Fleck. Ist der Gangunterschied um größer, so entsteht :in der Bildstelle keine Lichtwirkung.S incl Wellen von allen möglichen Richtungen vorbanden. undhängtderGangunterschiedvonder Richtung ab, so entsteht in der r-ernrohrebene ein '#',vsteni von abwechselnd hellen und dunklf#n Streifen oder Ringen, ein Interferenzbild.
Die Aufgabe, solche Gangunterschiede zu bewirken, ist gelöst worden von lt i c 1i e 1 s o n durch das Stuf enspektroskop, von L u m m e r und G e 1i r k e durch ihre schräggestellte Glasplatte, von P e r o t und F a 1.i r y durch zwei parallele versilberte Glasflächen, von denen die eine Halbdurchlässig ist. Das Fraunhofersche Beugungsgitter löst dieAufgabe, indem die olitie ('#atigtttiterscliied einfallenden Teile einer ebenen Welle an verschiedenen, regelmäßig angeordnetenStelleii durch Beugung abgelenkt werden und eine zur abgelenkten Strahlung senkrechte Ebene in verschiedener Phase durchschreiten.
Die vorliegende nette Anordnung beruht wie das Beugungsgitter darauf, daß verschiedene Teile einer ebenen Welle an verschiedenen Stellen abgelenkt und dann zur Interferenz gebracht werden. Sie bewirkt die Ablenkung aber nicht lediglich durch Beugung an engen Spalten, sondern im wesentlichen durch geometrisch-optische Brechung an Prismen. Dadurch wird der prinzipielle Vorteil erreicht, daß kein =abgelenktes Licht vorhanden ist wie beim Beugungsgitter, wo der größte Teil der auffallenden Energie unabgelenkt nach geometrisch-optischen Gesetzen weitergeht und eine von der unabhängige Richtuti#y behält. Das Prinzip der Erfindung ist in Abb. r erläutert. Stellt man zwei Prismen I und 1I aus gleichem Stoff und mit gleichen brechenden Winkeln (p so auf, daß die parallelen Kanten B,. und B. ohne Drehung der Prismen gegeneinander verschoben sind, so müssen Strahlen, die das eine Prisma 1I an einer beliebigen Stelle, z. B. an der Kante, durchlaufen, einen längeren Weg zurücklegen als die Strahlen, welche das andere Prisma I an einer beliebigen Stelle, z. B. an der Kante, durchlaufen. Weg-, Gang- und Phasenunterschied stehen in einfacher Beziehung zu der Größe l und der Richtung c der Prisinenverschiebung. Der Phasenunterschied berechnet sich in einfacher Weise, indem man zwei die brechende Kante eines Prismas schneidend Flächen B,_A und B,.C betrachtet, von denen die eine eine Wellenfläche der ungebrochenen Strahlen ist, die andere zu den beiden gebrochenen Strahlenbündeln senkrecht steht. Der Phasenunterschied ist Hierin ist G mir eine Funktion cler Richtung der austretenden Wellen. Der -zweite Faktor t ist r. gleich dem Verhältnis der Prismenverschiebung L zur Wellenlänge T. Helle Streifen treten im Interferenzbilde auf, da, wo ;, = 2 r. k und k eine ganze Zahl ist. Es ist also Berechnet man G für verschiedene k, so kann niaii aus einer Kurve, die G als Funktion der Strahlenrichtung darstellt, letztere entnehmen, d. 1i. die Richtung finden. bei welcher k eine ganze Zahl ist und ein heller Streifen entsteht.
Zwei Prismen erzeugen nur weiche Interferenzstreifen. Sie haben aber im Gegensatz zti vielen Prismen die Eigenschaft, daß man die Prismenverschiebung l leicht ändern kann. Die Verwendung nur zweier Prismen bietet also die :Möglichkeit, durch Zählung von Streifen Wellenlängen oder Verschiebungen zu tneseti. Viele, beispielsweise acht, Prismen ergeben sehr scharfe helle Interferenzlinien. Es liegt nahe, die Prismen so aufzustellen, wie Abb. 2 zeigt. Eine äußerlich ähnliche Anordnung ist bereits vorgeschlagen worden, aber nicht zur Erzeugung von Interferenzen, sondern nur zur Erzeugung eines besonders lichtstarken prismatischen Spektrums oder als Hilfsmittel zur farbigen Kinematographie (Carl Zeiss, Patent 34q.769). Auch ist die früher vorgeschlagene Anordnung dem Gegenstand der Erfindung nicht gleich, denn es fehlt bei der früheren Anordnung das Merkmal der genauen Gleichheit aller Prismenverschiebungen.
Bei dem in Abb. 3 dargestellten Prismensatz fällt die Verschiebung, in die Richtung einer Prisinenfläche. Die Interferenzstreifen liegen (bei gleichen Prisinenwinkeln und gleicher Verschiebung) viel näher beieinander als bei dem in Abb. 2 dargestellten Prismensatz.
Abb.4 stellt einen Prismensatz dar, der durch Aufeinanderschichtung einzelner plattenförmiger Prismen entstanden ist. Hier kann die Verschiebung l beliebig gering und die Prismenzahl M sehr groß gemacht werden. Während die Prisinensätze (Abb. 2 und 3) große Gangunterschiede erzeugen und daher nur zur Untersuchung der Feinstruktur einer Strahlung geeignet sind, bietet ein Prismensatz nach Abb. q. die weitere Möglichkeit, geringe Gangunterschiede zu .erzeugen und, an Stelle eines Beugungsgitters oder eines Prisnias zur Untersuchung der Grobstruktur einer Strahlung verwendet zu werden.
Bei- dem Prismensatz Abb.5 sind die brechenden Kanten der einzelnen Prismen nicht wirklich vorhanden, aber die gedachten Schnittlinien der brechenden Flächen sind gegeneinander verschoben und der Gangunterschied zweier benachbarter Teilwellen steht zu dieser Verschiebung in genau derselben Beziehung wie beim Prismensatz (Abb. z).
Die Stimme der Feldstärken aller einzelnen Teilwelten läßt sich für eine zu allen Teilwellen senkrechten Ebene leicht berechnen. Wenn cp die Feldstärke der auffallenden Welle ist, so ist die Summe gleich (P isin (u:, t) + sin (a, t-y) + sin (u, t--2 y) . . .@ Die Helligkeit an einer beliebigen Stelle des Interferenzbildes ist daher Ist y - 2 7c h, so wird J - 21=, also z. B. bei acht Prismen gleich 64. Ist so wird und näherungsweise also J - o. Je größer also die Prismenzahl M ist, in um so kleinerem Abstande von der Mitte eines hellen Streifens wird die Helligkeit 1 vom Maximalwerte 21' auf o heruntergedrückt, um so schärfer sind die hellen Linien. Uni so geringer ist demnach die Wellenlängendifferenz, die noch zwei deutlich trennbare Liniensysteme hervorruft.
Das neue Gerät läßt sich u. a. als Dickeninesser, zum Untersuchen der Feinstruktur von Spektrallinien und zum Erzeugen lichtstarker Spektren ausbilden. Der letztgenannte Zweck kann unter anderem durch die in Abb. 6 dargestellte Anordnung erreicht werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: r. Gerät zum Erzeugen von Interferenzstreifen, gekennzeichnet durch einen zwischen einem Kollimator und einem Fernrohr angeordneten Prismensatz aus zwei Prismen mit einander parallelen Eintritts-und Austrittsflächen, der in der Brennebene des Fernrohres ein Interferenzbild erzeugt, das während der zur Kante senkrechten Verschiebung des einen Prismas beobachtbar ist und diese Verschiebung in Wellenlängen zu messen gestattet.
2. Gerät mit einem Prismensatz aus mehr als zwei einzelnen Prismen, die so angeordnet sind, daß die parallelen Schnittlinien der Prismenflächen ohne Drehung gegeneinander verschoben sind und jedes Prisma einen anderen Teil derselben ebenen Welle durch Brechung oder durch Brechung und Reflexion ablenkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung aller benachbarten Prismen gegeneinander genau gleiche Größe und Richtung hat, so daß die aus jedem Prisma austretenden Wellen iü geregelter Weise zusammenwirken und ein Interferenzbild erzeugen.
3. Gerät mit einem Prismensatz aus einzelnen Elementen, die durch Brechung oder durch Brechung und Reflexion prismatische Spektra erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Elemente gradsichtig und genau parallel gestellt sind, so daß die durch die einzelnen Elemente gehenden Strahlenbündel keine Gangunterschiede gegeneinander erhalten.