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Interferometer Bei den bekannten, z. B. den von Michelson angegebenen
Interferometern wird, wie die Abb. i zeigt, das von der Lichtquelle i ausgehende
Licht durch eine Linse 2 zu einem Parallelstrahlenbündel gemacht, das unter 45'
auf die lichtteilende Platte 3, die halbdurchlässig versilbert ist, fällt. Von dieser
Platte wird das Parallelstrahlenbündel zur Hälfte auf den ebenen Spiegel
6, der senkrecht zum Strahlengang steht, durchgelassen und in sich selbst,
also wieder als Parallelstrahlenbündel, nach 3 zurückgeworfen, von wo die eine Hälfte
des Bündels in das Beobachtungsfernrohr 7 reflektiert wird und die andere Hälfte
durch die halbdurchlässig versilberte Platte 3 hindurch nach der Lichtquelle zurückkehrt.
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Der andere Teil des von z kommenden Strahlenbündels wird nach Reflexion
an der lichtteilenden Platte 3 durch die Ausgleichsplatte 4 nach dem ebenen, auf
dem Lichtbündel senkrecht stehenden Spiegel 5 geworfen und kehrt nach der hier erfolgenden
Reflexion in sich selbst nach 4 und 3 zurück; durch 3 gelangt die Hälfte dieses
Parallelstrahlenbündels in das Beobachtungsfernrohr 7, während die andere Hälfte
nach 2 und i reflektiert wird.
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Es besitzen also die beiden durch den halbdurchlässigen Spiegel 3
getrennten und nachher wieder vereinigten, in 7 beobachteten Lichtbündel gleiche
Divergenz (die Divergenz o, da sie Parallelbündel sind). Der ebene Spiegel 5, der
»Arbeitsspiegel«, läßt sich zum Lichtbündel genau senkrecht einstellen und mittels
guter Führung sich selbst parallel bleibend durch eine Schraube oder ähnliches gegen
3 hinschieben oder von 3 wegbewegen. Der ebene Spiegel 6, der »Vergleichsspiegel«,
läßt sich durch eine Feinbewegung zum Lichtstrahl senkrecht einstellen und erscheint
dem Beobachter in 7, durch 3 gespiegelt, vor oder hinter dem Spiegel 5, so daß durch
7 zwischen 5 und dem Bild von 6 eine planparallele oder nahezu planparallele Luftplatte
(mit einer virtuellen, durch das Spiegelbild von 6 gebildeten Grenzfläche) gesehen
wird. Durch seine Feineinstellvorrichtung läßt sich der Vergleichsspiegel 6 so einrichten,
daß diese Luftplatte genau parallelflächig oder gelegentlich auch keilförmig wird.
Die Dicke der Luftplatte oder des Luftkeils wird durch Bewegen des Arbeitsspiegels
5 beliebig geregelt.
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Im ersten Fall, bei planparalleler Luftplatte, entstehen im Unendlichen
die Interferenzringe gleicher Neigung, die durch das Fernrohr 7 beobachtet werden;
im zweiten Falle,. bei keilförmiger Luftplatte, treten an der vorderen, dem Beobachter
zugekehrten Grenzfläche der Luftplatte die Interferenzen gleicher Dicke auf. Zur
Beleuchtung ist in beiden Fällen gut monochromatisches Licht notwendig.
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Nur dann, wenn sich die gegeneinander geneigten ebenen Grenzflächen
der Luftplatte
im Gesichtsfeld durchdringen, treten im weißen Licht
sichtbare Interferenzstreifen auf, die zu beiden Seiten der Schnittkante liegen.
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Dabei ist ein auf die Dauer mechanisch kaum erreichbarer hoher Grad
von Genauigkeit der Parallelführung des Arbeitsspiegels 5 bei seiner Bewegung notwendig,
sonst bleibt die Schnittkante der Grenzflächen während der Verschiebung sich nicht
selbst parallel und die Streifen ändern Ort und Richtung in für die okulare Beobachtung
sehr störender und für eine Registrierung ganz unzulässiger Weise.
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Mit diesen bekannten interferometrischen Vorrichtungen, die mit zwei
Lichtbündeln genau gleicher Divergenz (der Divergenz o) arbeiten, werden die Abstände
spiegelnder Flächen bzw. mit diesen verbundener Gegenstände oder deren gegenseitige
Verschiebung durch Auszählen der bei der Bewegung der einen Fläche wandernden Interferenzstreifen
in Lichtwellenlängen als Einheit gemessen.
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Außer diesen Interferometern sind noch andere Einrichtungen (Interferoskope)
bekannt, die nicht zu absoluten Messungen in Wellenlängenmaß dienen, sondern z.
B. zum Vergleich der ebenen Oberflächen zweier spiegelnder Gegenstände, zum Auffinden
von Abweichungen solcher Oberflächen voneinander oder von einer Vergleichsfläche
benutzt werden. Auch hier werden bei ebenen Prüfflächen zwei Lichtbündel der Divergenz
o, also gleicher Divergenz, benutzt. Die zu prüfende Oberfläche ändert, wenn sie
Abweichungen von der Vergleichsfläche aufweist, teilweise die Divergenz des einen
der beiden Lichtbündel, so daß dieses mit dem andern Bündel, das seine Divergenz
beibehält, Interferenzerscheinungen erzeugt, aus denen die aufzufindenden Unregelmäßigkeiten
der zu prüfenden Fläche hervorgehen.
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Es ist auch bekannt, an Stelle der beiden Lichtbündel mit der Divergenz
o, die sich zur Untersuchung ebener Flächen eignen, bei der Prüfung gekrümmter Flächen,
z. B. solcher von optischen Linsen, Lichtbündel größerer oder kleinerer (als o)
Divergenz zu verwenden, wobei aber wiederum für beide Bündel gleiche Divergenz kennzeichnend
ist, die unter Umständen durch passende optische Ausgleichselemente besonders erreicht
wird. Flächenfehler zeigen sich dann wieder durch teilweise Änderung der Divergenz
der Strahlen des einen Bündels, so daß dieses mit dem andern Bündel zusammen auf
die Fehler hinweisende Interferenzen erzeugt.
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Für alle bisher bekannten interferometrischen oder interferoskopischen
Vorrichtungen ist die Verwendung zweier Lichtbündel gleicher Divergenz kennzeichnend.
Nach der vorliegenden Erfindung werden nun bei Interferometern oder Interferoskopen
zwei Lichtbündel verschiedener Divergenz benutzt, indem die Ebene des Arbeitsspiegels
oder des Vergleichsspiegels (oder gleichzeitig beider Spiegel) durch sphärische
oder andere Flächen, die konkav oder konvex sein können, ersetzt wird. Es entstehen
dann bei der Interferenz Ringe gleicher Dicke (Newtonringe).
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Die Abb. 2 zeigt für diesen Fall den Strahlengang; die Bezeichnungen
stimmen mit denen der Abb. i überein. Die von der Lichtquelle i kommenden Strahlen
gehen, .durch die Linse 2 parallel gemacht, zur - Hälfte durch die lichtteilende
Platte 3 nach dem beispielsweise ebenen Spiegel 6, der auf der Achse des Strahlenbündels
senkrecht steht. Von hier zurückgeworfen, gelangen sie zum Teil nach Reflexion an
3 in das Beobachtungsfernrohr 7, ihr anderer `.Geil geht nach i zurück.
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Die andere Hälfte der Strahlen von i werden an 3 reflektiert und kommen
durch die Ausgleichsplatte 4 nach dem beispielsweise konkaven, zu diesem auftreffenden
Lichtbündel gleichachsig angeordneten Spiegel 5. Von hier werden die bisher parallelen
Strahlen als konvergentes Bündel durch 4 und 3 ins Beobachtungsfernrohr 7 (und teilweise
nach 2 und i) zurückgeworfen und erzeugen in 7 mit dem von 6 und 3 reflektierten
Parallelbündel Interferenzen gleicher Dicke (Newtonringe). Die Erscheinung ist genau
so, wie wein an beiden Seiten der virtuellen Luftplatte (zwischen 5 und dem in 3
entworfenen Spiegelbild von 6) Reflexionen entstehen, die denen an der Luftplatte
zwischen Newtongläsern entsprechen.
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Die Verwendung der Newtonringe beim Interferometer hat zunächst den
Vorzug, da$ man dem sichtbaren Ringsystem durch passende Wahl der Krümmung des Spiegels
5 oder des Spiegels 6 (oder beider Spiegel) jede gewünschte Größe und Form (Ringabstand)
geben kann.
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Während mit den bisher verwendeten Lichtbündeln gleicher Divergenz
(gewöhnlich der Divergenz o) der Ring- (bzw. Streifen-) Abstand vom Zentrum bei
verschieden dicken Luftplatten sich stark ändert und bei abnehmender Dicke immer
größer wird, so daß die Ringe bei geringster Dicke der Luftplatte nicht mehr zu
erkennen sind, behält das Newtonringsystem, erzeugt mit zwei Bündeln verschiedener
Divergenz auch bei geringstem Abstandsunterschied der Spiegel 5 und 6 von der lichtteilenden
Platte 3 noch seine kennzeichnende Gestalt, ja sogar dann noch, wenn das virtuelle
Bild von 6 durch den Spiegel 5 hindurchgeführt wird.
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Ein weiterer Vorzug der Newtonringe ist der, daß man zu ihrer Erzeugung
bei mäßigen
Schichtdicken nur angenähert homogenes Licht und bei
geringen Schichtdicken, etwa o,oo5 mm beiderseits der Nullstellung (Berührung des
Scheitels von 5 mit der Ebene des virtuellen Bildes von 6) weißes Licht verwenden
kann. Der letztere Umstand ist besonders für stark vergrößernde objektive Darstellung
oder photographische Registrierung der Interferenzerscheinungen des in Tätigkeit
befindlichen Interferometers von unschätzbarem Vorteil.
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Auch bei den bisherigen Interferometern kann man in der Nähe des Nullpunkts
mit weißem Licht arbeiten, wenn man die gegeneinander geneigten ebenen Grenzflächen
der Luftplatte sich im Gesichtsfeld durchdringen 1ä ßt; dabei ändern aber die Interferenzstreifen
dauernd Ort und Richtung, weil es mechanisch unmöglich ist, den Arbeitsspiegel zu
sich selbst auf die Dauer genau parallel bleibend zu verschieben. Dadurch ist eine
- etwa photographische - Registrierung ausgeschlossen. Bei den nach der Erfindung
benutzten Newtonringen ist Art und Form der Interferenzerscheinung nicht diesem
störenden Wechsel unterworfen, was besonders bei Registrierung der Stellungen des
selbständig arbeitenden Interferometers vorteilhaft ist.
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Da die Parallelführung des Arbeitsspiegels der bisherigen Interferometer
äußerst exakt arbeiten mußte, so war der mit der strammen Führung verbundenen großen
Reibung halber eine große Kraft zur Bewegung des Arbeitsspiegels nötig; nach der
vorliegenden Erfindung erfordert die Verwendung der Newtonringe keinen so hohen
Grad der Genauigkeit bei der Parallelführung des Arbeitsspiegels, trotzdem die Interferenzerscheinung
eine gleichmäßige und sogar registrierbare bleibt. Es können also beim neuen Interferometer
auch durch kleinste Kräfte veranlaßte Bewegungen und Lagenänderungen des Arbeitsspiegels
beobachtet und registriert werden. Dazu wird etwa die Parallelführung nach Art einer
Tafelwaage, die auf wenige Milligramm ausbalanciert sein kann, ausgebildet.
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Beim Newtonringsystem, das durch sphärische Flächen erzeugt wird,
folgen sich die Interferenzringe in ungleichmäßigen Abständen; zu manchen Messungen
und besonders bei Registrierung kann es vorteilhaft sein, andere, z. B. gleichmäßige
Ringabstände zu erzeugen, also die sphärische durch eine andere, z. B. kegelmantelförmige
Krümmung zu ersetzen. Durch die Wahl dieser Krümmung kann man die Ringabstände sich
nach beliebiger Regel ändern lassen. Dabei bleiben die obenerwähnten Vorteile der
gekrümmten Oberfläche des einen oder beider Spiegel ungestört erhalten.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf alle Interferometer
und Interferoskope, die, wie bisher, mit ebenen Spiegeln oder mit eben begrenzten
Luft- oder Flüssigkeitsplatten arbeiten.