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Vorrichtung zum Messen von Längen mittels Interferenzerscheinungen
unter Anwendung weißen Lichtes Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen
von Längen unter Anwendung weißen Lichtes, bei welcher der weiße Lichtstrahl in
zwei auf getrennten Wegen verlaufende Strahlen zerlegt wird, die wieder vereinigt
werden und dabei Interferenzerscheinungen hervorrufen. ° Bei dieser Vorrichtung
wird der durch einen Schlitz und eine Linse zutretende weiße Lichtstrahl durch zwei
miteinander verbundene ebene parallele Platten in zwei Strahlen geteilt, von denen
dem einen Strahl durch je einen drehbaren und einen festen Spiegel eine konstante
Weglänge erteilt wird, während die Weglänge des anderen Strahles mittels eines auf
dem zu messenden Stück. aufliegenden Kolbens mit spiegelnder Oberfläche entsprechend
der Länge des zu messenden Stückes veränderbar ist. Die genau parallel wiedervereinigten
Strahlen werden alsdann in bekannter Weise durch ein Prisma,in ein ununterbrochenes
Spektrum zerlegt, welches durch ein Teleskop in die Brennpunktebene gebracht wird,
wo es durch ein Okular betrachtet werden kann.
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Die Zeichnungen stellen eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
beispielsweise dar, und zwar zeigt Abb. i die Vorrichtung in senkrechtem Schnitt.
Abb. --
und 3 veranschaulichen Interferenzstreifen, wie solche mit der Vorrichtung
beobachtet werden.
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Weißes Licht von einer kleinen Glühlampe i fällt auf einen horizontalen
Schlitz a, der im Hauptbrennpunkt der Linse 3 vorgesehen ist. Der Kollimationslichtstrahl
fällt auf zwei miteinander verbundene ebene parallele Platten ¢ und 5. Diese Platten
sind aus derselben ebenen parallelen Platte ausgeschnitten und optisch paarweise
zusammengestellt. Die Innenfläche einer dieser Platten ist mit einem metallischen
Häutchen .6 von solcher Didke bedeckt, daß das einfallende Licht halb durchgelassen
und halb reflektiert wird. Die Platten sind mittels Kanadabalsam, Demargummi oder
irgendeinem anderen durchsichtigen Stoff von annähernd demselben Brechungsexponent
wie die Plattem aneinander befestigt.
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Der durchtretende Strahl fällt senkrecht auf den Spiegel 7, der in
punktierten Linien in senkrechter Lage veranschaulicht ist, oder fällt unter einem
Winkel von 45° auf den Spiegel, der um q.5° gedreht worden ist, worauf er senkrecht
auf den Spiegel g fällt. Die Spiegel 7 und g sind auf ihren vorderen Flächen versilbert.
Der durchgetretene Strahl wird auf seinem Wege zu dem dünnen Häutchen 6 umgekehrt
und wieder geteilt. Der reflektierte Teil dieses Strahles geht durch das Prisma
i i hindurch und soll nachstehend der fortgepflanzte -reflektierte Strahl genannt
werden.
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Der reflektierte Strahl fällt senkrecht auf den Kölben io, der auf
seiner oberen Fläche versilbert ist, kehrt auf seinem Wege zurück und wird durch
das Häutchen 6 wieder geteilt. Der fortgepflanzte Teil geht durch das
Prisma
ii hindurch und soll nachstehend der reflektierte fortgepflanzte Strahl genannt
werden. .
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Der fortgepflanzte reflektierte ünd der reflektierte fortgepflanzte
Strahl laufen nunmehr parallel zueinander mit einem Phasenverhältnis, welches von
dem Unterschied in der Länge der durchlaufenen Wege abhängt.
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Nachdem die beiden Strahlen durch das Prisma i i hindurchgegangen
sind, werden sie von dem Spiegel 12 reflektiert, der auf seiner vorderen Fläche
versilbert ist. Das Prisma ii und der Spiegel 12 sitzen auf einem Träger 13, der
mittels der Schraube 15 um die Achse 1q. geschwungen wird. Die Achse 1q. befindet
sich im Schnittpunkt der Ebene der verlängerten Spiegelfläche 12 mit der Ebene,
die den Brechungswinkel des Prismas i T. in zwei gleiche Teile teilt. Ein konstantes
Ablenkungsprisma kann in Stelle des Prismas ii und des Spiegels i2 verwendet und
in derselben Weise angebracht werden. Der Stellkopf 16 der Schraube 15 kann kalibriert
werden, um unmittelbar in Lichtwellenlängen ablesen zu können.
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Der fortgepflanzte reflektierte Strahl und der reflektierte fortgepflanzte
Strahl gehen alsdann durch die Objektivlinse-i7 des Tele= skops i8 hindurch, dessen
Brennpunkt in der Unendlichkeit liegt.
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In der Brennpunktebene i9 werden Bilder des Schlitzes 2 gebildet,
der sich optisch in unendlicher Entfernung vom Beobachter be= findet. Wenn die Interferenzstrahlen
optisch gleiche Wege durchleufen, wird ein ununterbrochenes Spektrum beobachtet.
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Der Spiegel 7 sitzt auf einem Arm 2o, der durch die Differentialschraube
2i und die Feder 22 in einer senkrechten Ebene und durch eine nicht veranschaulichte
ähnliche Schraube in einer waagerechten Ebene bewegt wird. Diese Schrauben ermöglichen
es, die Interferenzstrahlen in genaue. Übereinstimmung miteinander zu bringen. Das
weiße Licht-Spektrum wird dann durch waagerechte schwarze Streifen gekreuzt, deren
Anzahl von dem Längenunterschied des Weges der Interferenzstrahlen abhängt.
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Ein Kolben i o, der in einem Zylinder 23
untergebracht ist,
kann der zylindrischen Bahn 27 entlang senkrecht bewegt werden. Diese senkrechte
Bewegung bewirkt, daß die Anzahl dunkler Interferenzstreifen im Gesichtsfeld wechselt,
z. B. von A. zu Bin Abb. 2 und 3. -Das Gesichtsfeld in der Brennpunktebene i9 des
Teleskops 18 wird durch die Anschläge 25 oder durch helle Linien in einem unterbrochenen
Spektrum bestimmt, welches durch das Okular 26 geliefert wird, das auch als zylindrische
Linse zur Herstellung des Brennpunktes des Glühfadens der Glühlampe i auf dein Schlitz
2 dient. Ist dieses Gesichtsfeld eine .Oktave in der Länge, d. h. ist die längste
sichtbare Wellenlänge doppelt so groß wie die Länge der sichtbaren kürzesten Welle,
so wird eine Bewegung der reflektierenden Fläche io um die Hälfte einer Wellenlänge
der längsten Welle die Anzahl der dunklen Streifen im Gesichtsfeld um eins erhöhen
oder verringern. Dieses Gesichtsfeld kann einen solchen Teil des Spektrums zur Schau
stellen oder begrenzen, daß. der Verlust oder die Zugabe eines dunklen Streifens
eine Bewegung der reflektierenden Fläche io wiedergibt, die einem bestimmten Zehntel
eines Zentimeters entspricht. Indem man die Größe des im Gesichtsfeld veranschaulichten
oder verwendeten Spektrums verringert und dieVergrößerungskraft des Okulars 26 erhöht,
kann die Empfindlichkeit des Gerätes beliebig herabgesetzt und somit verschiedenen
Anforderungen angepaßt werden.
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Das beschriebene gesamte optische System mit seiner Tragvorrichtung
und seinem Gehäuse ist mittels Zahnstange und Zahnrad oder einer anderen nicht veranschaulichten
Vorrichtung der Säule 27 entlang senkrecht verschiebbar. Nahe dem Boden der Säule
27 befindet sich eine Platte 28 aus Glas, Quarz, Metall oder anderem Werkstoff mit
Stellschrauben 29 und einer Stellvorrichtung 3o für geringe Bewegungen in senkrechter
Richtung.
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Die obere Fläche der - Platte 28 wird parallel zur reflektierenden
Fläche io eingestellt, indem man Interferenzfransen durch ein kleines Fenster in
dem reflektierenden Häutchen auf der oberen Fläche des reflektierenden Kolbens io
beobachtet. Das zu verwendende Eichmaß wird zwischen den reflektierenden Kolben
fo und die Platte 28 gebracht, und jede geeignete Anzahl von Interferenzstreifen
wird mittels der Stellvorrichtung 30 in dem Gesichtsfelde dargestellt. Der zu messende
Gegenstand wird dann an Stelle des Normalmaßes angebracht, und der Längenunterschied
wird durch einen Wechsel in der Anzahl der Interferenzstreifen, welche man im Gesichtsfeld
erblickt, wiedergegeben.
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Normale Eichmaße und andere Gegenstände (Endmaße) können in Lichtwellenlängen
nach der Methode von Koester auch ohne Bezugnahme auf ein anderes normales Maß gemessen
werden, indem man die Lichtquelle i benutzt und den Kolben io und seinen Zylinder
23 sowie das Okular 26 entfernt. Eine geringe Bewegung der Schraube 21 wird die
interferierenden Strahlen außer übereinstimmung bringen und dieselben veranlassen,
sich unter einemgeringen Winkel zukreuzen, so daß die gewöhnlichen Fizeau-Interferenzfransen
auf
dem Netz eines Okulars erzeugt werden, welches in der Öffnung des Okularrohres angebracht
ist. Beobachtet man die Fizeau-Fransen, die von dem Spiegel 7 und der oberen Fläche
des Meßblocks gebildet werden, so kann die Länge des Meßblocks in absoluten Einheiten
bestimmt werden. Dreht man den Spiegel 7 um q.5°, wodurch der fortgepflanzte Strahl
auf den Spiegel g reflektiert wird, so kann der optische Weg des fortgepflanzten
reflektierten Strahles erhöht werden, so daß es möglich wird, Maße von beträchtlicher
Länge in Lichtwellenlängen zu. messen.