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Interferometer mit zwei gegenläufig verschiebbaren lnterferenzstreifensystemen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Interferometer mit zwei gegenläufig verschiebbaren
Interferenzstreifensystemen, das im Strahlengang eine Doppelschlitzblende zur Erzeugung
zweier nebeneinanderliegender Lichtbündel, eine aus vier Kammern bestehende Küvette
und einen Kompensator enthält.
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Das Interferometer ist zur Messung der Brechungszahlen von homogenen
Substanzen bestimmt.
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Es sind bereits Interferometer nach Michelson bekannt, die zur Messung
von aus Längenunterschieden sich ableitenden Gangunterschieden zwei gegenläufig
verschiebbare Interferenzstreifensysteme benutzen. Diese Interferometer sind jedoch
nur zur Messung von Längendifferenzen geeignet und wegen ihrer langen, sich in verschiedene
Richtungen erstreckenden Lichtwege sehr empfindlich gegen äußere, Meßfehler verursachende
Einflüsse.
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Zur gleich großen gegenläufigen Verschiebung zweier Meßmarkensysteme
oder ihrer Bilder, im vorliegenden Fall zweier Interferenzstreifensysteme, werden
verschiedene Teile des Abbildungsstrahlenganges eines Interferometers mittels seitenvertauschender
optischer Glieder (planparalleler Glasplatten, Keile, Dove-Prismen) unterschiedlich
beeinflußt. Da die optischen Glieder nicht den gesamten Abbildungsstrahlengang beeinflussen,
rufen Ungenauigkeiten bei ihrer Herstellung und ihrer Justierung im Interferometer
Meßfehler hervor. Darüber hinaus bewirkt die Anordnung eines derartigen optischen
Gliedes im divergenten Strahlengang für den betreffenden Teil des Kollimatorstrahlenganges
eine Brennpunktverlagerung, die nur durch zusätzliche Vorkehrungen wieder rückgängig
zu machen ist.
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Es ist auch ein lichtelektrisches Interferometer bekannt, bei dem
zur Gewährleistung der objektiven Messung auch von Streifenauswanderungen, die größer
als der Streifenabstand sind, eine aus vier Kammern bestehende Küvette vorgesehen
ist. Jeweils zwei nebeneinanderliegende Kammern haben die gleiche Länge. Es sind
praktisch zwei Interferometer verschiedener Meßgenauigkeit miteinander kombiniert,
wobei der Meßbereich des einen ein ganzzahliges Vielfaches des Meßbereichs des anderen
Interferometers ist. Die Interferenzstreifensysteme beiderInterferometer sind nicht
aufeinander bezogen.
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Die Koinzidenz der beiden Meßmarkensysteme jedes Interferometers ist
im Verlauf der Messung durch die Verschiebung nur eines Meßmarkensystems gegenüber
dem anderen, festen Meßmarkensystem durchführbar.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Interferometer, bei dem die
Gegenläufigkeit der Interferenzstreifensysteme ohne die Anwendung seitenvertauschender
optischer Glieder gewährleistet ist, dem die von der Fertigung, Anordnung und Justierung
dieser Glieder herrührenden Fehlermöglichkeiten nicht anhaften und dem darüber hinaus
bei Anwendung eines divergenten Strahlenganges Brennpunktsverlagerungen nicht zu
eigen sind. Gemäß der Erfindung ergibt sich ein derartiges Interferometer, wenn
die vier Kammern in der optischen Achse des Interferometers zusammenstoßen, jeweils
zwei über Kreuz liegende Kammern miteinander verbunden sind und wenn der Kompensator
entsprechend den Kammerverbindungen über Kreuz liegend zwei schwenkbare und zwei
fest angeordnete, optisch gleiche, durchsichtige Platten aufweist.
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Die Verbindung der Kammern kann an sich beliebig gestaltet sein.
Damit die Küvette und ihr Inhalt jedoch gegen äußere Einflüsse von Temperatur, Druck
und Stoß möglichst unempfindlich ist, wird empfohlen, die Verbindung der über Kreuz
liegenden Kammern durch das gemeinsame Mittelstück der inneren Kammerwände zu führen.
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In den F i g. 1 bis 4 der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele
des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt. Die Fig. 1 und 2 zeigen
ein Zweistrahlinterferometer im Aufriß und Grundriß.
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Ein nach dem Autokollimationsprinzip aufgebautes Zweistrahlinterferometer
ist in Fig.3 dargestellt.
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Aus F i g. 4 ist der Aufbau einer vierteiligen Küvette ersichtlich.
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Nach F i g. 1 und 2 besteht ein Interferometer mit der optischen
Achse 0,-0, aus einem Gehäuse 1, einem Kollimator 2 mit einem Objektiv 3, einer
linienförmigen Lichtquelle 4 und einer Doppelschlitzblende 5, die zwei zueinander
parallele Schlitze 6 und 7 besitzt, sowie einem Fernrohr 8, das ein Objektiv 9 und
ein Okular 10 in Form einer Zylinderlinse enthält. Im Gehäuse 1 sind eine Küvette
11 und fünf planparallele Glasplatten 12, 13, 14, 15 und 16 vorgesehen. Die Küvette
besteht aus vier
Kammern 17, 18, 19 und 20 und ist im Strahlengang
des Interferometers so angeordnet, daß zwei der inneren Trennwände 21 parallel und
die anderen senkrecht zu den Schlitzen 6 und 7 liegen. Die Trennwände stoßen in
der optischen Achse °l-°g zusammen. Die planparallele Glasplatte 12 ist in der Ebene
geneigt, die durch die optische Achse und die linienförmige Lichtquelle 4 bestimmt
ist und in Fig. 1 mit der Zeichenebene zusammenfällt, und dient zur Ausschaltung
des Einflusses der senkrecht zu dieser Ebene liegenden Trennwände der Kammern 17,
19 einerseits und 18, 20 andererseits. Die planparallelen Glasplatten 13 und 14
sind bezüglich der Küvette 11 über Kreuz liegend an einer um eine Achse X,-X, schwenkbaren
Welle 22 befestigt, welche in einem am Gehäuse 1 befindlichen Lager 23 gelagert
und an der ein Hebel 24 befestigt ist. Eine Mikrometerschraube 25 ist außen am Gehäuse
1 in der Nähe des Fernrohrs 8 angeordnet und bewirkt über den Hebel 24 sowie die
Welle 22 die Schwenkung der Glasplatten 13 und 14. Die ebenfalls über Kreuz liegenden
planparallelen Glasplatten 15 und 16 sind gerätefest vorgesehen und hinsichtlich
ihrer optischen Wirkungen den Glasplatten 13 und 14 völlig gleich. Jeder Kammer
der Küvette 11 ist nur eine der beim Gangunterschied Null untereinander parallelen
Glasplatten 13 bis 16 zugeordnet.
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Von einem von der linienförmigen Lichtquelle 4 ausgesendeten, das
Kollimatorobjektiv 3 parallelstrahlig verlassenden Lichtstrahlenbündel werden mit
Hilfe der Doppelschlitzblende 5 zwei Teillichtbündel ausgesendet, von denen jedes
zwei benachbart liegende, mit einem Medium gefüllte Kammern 17, 19 bzw. 18, 20 der
Küvette 11 sowie eine schwenkbare Kompensatorplatte 13 bzw. 14 und eine fest angeordnete
Kompensatorplatte 15 bzw. 16 durchsetzt. Die die Kammern 19 und 20 durchlaufenden
Lichtstrahlen werden von der planparallelen Glasplatte 12 parallel versetzt, derart,
daß die vom Objektiv 9 in der Bildebene des Fernrohrs entworfenen Interferenzstreifensysteme
unmittelbar nebeneinanderliegen und mit Hilfe des Okulars 10 betrachtet werden können.
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Beim Gebrauch des Interferometers sind die über Kreuz liegenden Kammern
17 und 20 bzw. 18 und 19 mit gleichen Medien gefüllt. Beispielsweise sind die Kammern
17 und 20 mit dem Vergleichsmittel und die Kammern 18 und 19 mit dem Meßmittel gefüllt.
Zur Interferenz gelangen in der Fernrohrbildebene einerseits die die Kammern 17
und 19 und andererseits die die Kammern 18 und 20 durchlaufenden Lichtstrahlen.
Die auf diese Weise erzeugten Interferenzstreifensysteme sind mit ihren Minima nullter
Ordnung infolge der kreuzweisen Kammerfüllungen entgegengesetzt und um gleiche Beträge
verschoben, wobei die Größe der gegenseitigen Verschiebung ein Maß für die Differenz
der Brechungszahlen der Medien darstellt. Um die gegenseitige Verschiebung beider
Interferenzstreifensysteme rückgängig zu machen und gleichzeitig zu messen, werden
die Kompensatorplatten 13 und 14 über die Mikrometerschraube 25, den Hebel 24 und
die Welle 22 geschwenkt, bis die Interferenzstreifensysteme sich rückläufig bewegend
mit ihren Minima nullter Ordnung koinzidieren.
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In der in Fig.3 dargestellten optischen Anordnung für ein Interferometer
mit der optischen Achse °2-°2 bezeichnet 26 eine Blende mit einem Spalt 27, 28 und
29 zwei optisch gleichartige planparallele Glasplatten, die symmetrisch zur optischen
Achse O2.O2 und in der vom Spalt und der optischen Achse gebildeten Ebene geneigt
sind, 30 eine vierteilige Küvette, 31 eine Sammellinse, 32 und 33 zwei um eine Achse
X2-X2 schwenkbare sowie 34 und 35 zwei gerätefest angeordnete planparallele Glasplatten
und 36 einen Spiegel mit zwei symmetrisch zur optischen Achse °°-°2 in der vom Spalt
27 und der optischen Achse gebildeten Ebene geneigte, eben verspiegelte Oberflächen
37 und 38.
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Die in Fig. 4 gesondert dargestellte Küvette 30 besitzt einen undurchsichtigen,
metallischen Mantel 39, zwei Fenster 40 und 41 und vier Trennwände 42, 43, 44 und
45, welche den Küvettenraum in vier Kammern 46, 47, 48 und 49 aufteilen. Jeweils
zwei gegenüberliegende Kammern 46 und 48 bzw. 47 und 49 sind durch Öffnungen 50
und 51 im gemeinsamen Mittelstück der Trennwände in der Nähe der Fenster 40 und
41 miteinander verbunden. Den untereinander verbundenen Kammern 46 und 48 bzw. 47
und 49 sind zur Füllung und Entleerung je ein Füllstutzen 52 bzw. 53 und ein Ablaßstutzen
54 bzw. 55 im Mantel der Küvette 30 zugeordnet und an denjenigen Enden der Kammern
vorgesehen, welche den sie verbindenden Öffnungen abgelegen sind. Dadurch wird eine
schnelle und gleichmäßige Durchspülung der Kammern gewährleistet. Den Kammern 46,
47, 48 und 49 sind entsprechend die optisch gleichartigen, in Nullage einander parallelen
Kompensatorplatten 32, 33, 34 und 35 zugeordnet, von denen die Glasplatten 32 und
33 auf einer in Lagern 56 und 57 drehbaren Welle 58 befestigt sind.