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Zweistrahlinterferometer zu Meßzwecken Die Erfindung betrifft ein
Zweistrahlinterferometer zu Meßzwecken, beispielsweise zur Bestimmung der Brechzahl
eines Gases, in dessen einem Strahl die zu untersuchende Probe und in dessen anderem
Strahl ein Vergleichsmedium angeordnet ist und bei dem der Meßwert mittels Interferenzstreifenauswanderung
ermittelt wird. Die Auswanderung der Interferenzstreifen wird bekanntlich durch
Beobachtung eines markanten Streifens des Interferenzstreifensystems ermittelt und
diese Auswanderung auf einer Skala oder mit Hilfe eines Kompensators abgelesen.
Bei den bekannten Interferometern dieser Art wird, um den Streifen 0. Ordnung gegenüber
dem anderen Streifen zu unterscheiden, weißes Licht verwendet. Dabei erscheint der
Interferenzstreifen 0. Ordnung als breiter weißer, rechts und links von zwei dunklen
Strichen berandeter Streifen im Gesichtsfeld. Mit dem breiten weißen Streifen lassen
sich nun schlecht Ablesungen durchführen, deshalb wird zur Ablesung gewöhnlich einer
der beiden genannten dunklen Striche verwendet. Dies gibt oft zu Fehlern Anlaß,
weil man sich nicht erinnern kann, welcher der beiden schwarzen Striche zu Beginn
der Messung auf den 0-Wert der Skala eingestellt war.
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Die Erfindung beseitigt diesen Nachteil dadurch, daß bei dem der
Erfindung zugrunde liegenden Interferometer an sich bekannte optische Mittel vorgesehen
sind, durch die zwischen den beiden Teilstrahlen zusätzlich eine feste Phasenverschiebung
von A/2 eingeführt wird, so daß zur visuellen Ablesung der Interferenzstreifenverschiebung
ein schmaler schwarzer Interferenzstreifen 0. Ordnung dient. Hierbei werden an Stelle
der gebräuchlichen »Normalinterferenzen« die »Komplementärinterferenzen« verwendet.
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Die Verwendung von Komplementärinterferenzen ist bei Mehrstrahlinterferometern
zum Zweck der Prüfung einer Oberfläche bekannt. Hier werden aus der Normalinterferenzerscheinung
diejenigen Streifen ausgeblendet, welche eine bestimmte Phase haben.
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Man erhält dann ein Bild ähnlich dem der Komplementärinterferenzen
mit dem Vorteil, daß die so erhaltenen Interferenzstreifen schärfer sind.
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Dieses Gerät hat mit der Erfindung nichts gemein, weil es kein Zweistrahlinterferometer
zu Meßzwecken ist und es deshalb vollkommen bedeutungslos ist, ob der Streifen schwarz
oder weiß ist.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt insbesondere darin,
daß der Interferenzstreifen 0. Ordnung schmal und schwarz erscheint.
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Die geringe Breite des schwarzen Streifens 0. Ordnung ist darauf
zurückzuführen, daß für das Auge von der periodischen Intensitätsverteilung nur
die Bereiche mit sehr geringer Intensität schwarz sind.
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Besonders deutlich wird der Vorteil bei Interferenzen im weißen Licht.
Hierbei treten bei den bisher üblichen Anordnungen an den dem weißen Streifen benachbarten
schwarzen Streifen farbige Ränder auf, so daß dadurch die Meßgenauigkeit leidet.
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Hinzuzufügen ist noch, daß eine Verwechslung der beiden dem weißen
Streifen 0. Ordnung benachbarten schwarzen Streifen, wie sie bisher nicht auszuschließen
war, zu einer erheblichen Verfälschung im abgelesenen Meßwert und dadurch z. B.
bei Grubengasinterferometern zu schwerwiegenden Folgen führen kann.
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Eine Lösung zur Erzeugung der Komplementärinterferenzen ist in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft dadurch gegeben, daß zwischen den Teilstrahlen
für alle Wellenlängen des benutzten Lichts die Phasendifferenz;1/2 erzeugt wird,
beispielsweise indem die Teilstrahlen eine verschiedene Zahl von Reflexionen am
dichteren Medium erleiden. Es können aber auch besondere Reflexionsschichten in
den Teilstrahlwegen angeordnet sein, welche die Phasendiflerenz A/2 zwischen den
Teilstrahlen erzeugen. Zum Beispiel entsteht zwischen zwei Teilstrahlen, von denen
der eine viermal an einem 450-Prisma aus Glas der Brechzahl 1,52 reflektiert und
der andere viermal an einer auf das Prisma auf-
gebrachten Aluminiumschicht
reflektiert wird, ein Phasenunterschied von etwa A/2 für die parallel zur Einfallsebene
schwingende Lichtkomponente. Durch Änderung der Brechzahl des Prismenglases, des
Reflexionswinkels sowie des Spiegelmetalis kann auch unter anderen Bedingungen ein
Phasenunterschied von V2 erreicht werden.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gegeben, daß
der erste Teilstrahl an strahlenteilenden und -wiedervereinigenden Flächen im Interferometer
mehr Reflexionen erfährt als der zweite und der zweite Teilstrahl an diesen flächen
mehr Durchlässe erfährt als der erste. Dieses Ziel kann z. B. erreicht werden, wenn
das Schichtmaterial aus Silber besteht und der eine Teilstrahl zwei Reflexionen,
der andere Teilstrahl dagegen zwei Durchlässe an der Teilungsschicht erfährt.
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Da Reflexion und Durchlässigkeit an dünnen Schichten für die senkrecht
und parallel schwingenden Komponenten des natürlichen Lichtes stets verschieden
sind, im übrigen natürliches Licht beim Durchlaufen des Interferometers mehr oder
weniger polarisiert wird, verwendet man in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
zweckmäßig senkrecht oder parallel zur Einfallsebene schwingendes linearpolarisiertes
Licht, um die Schärfe der Interferenzstreifen zu verbessern.
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Die Dicke der strahlenteilenden Schicht ist zweckmäßig so zu wählen,
daß für die verwendete Schwingungskomponente des Lichts das Reflexionsvermögen und
die Durchlässigkeit möglichst gleich sind.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Fig. 1 ein Interferometer zur Bestimmung der Brechzahl eines Glases,
Fig. 2 das Gesichtsfeld des Interferometers.
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Das von einer Lichtquelle 1 abgestrahlte Licht wird über Linsen 2
und 3 in eine Glasplatte 4 geleitet, von deren Rückseite 5 es auf eine halbdurchlässige
Spiegelschicht 6 aus Silber reflektiert wird. An der halbdurchlässigen Spiegelschicht
werden die Lichtstrahlen in zwei Anteile geteilt, und zwar in einen strichpunktierten
Anteil 6' und einen gestrichelt dargestellten Anteil 6". Zur Umlenkung der Lichtstrahlen
ist ein Prisma 7 vorgesehen. Das Prisma 7 in Verbindung mit der Spiegelfläche 5
der Glasplatte 4 lenkt die geteilten Strahlen zurück auf die halbdurchlässige Spiegelschicht6,
wo diese überlagert werden. Wird nun das Prisma 7 gegenüber der Grundstellung um
eine senkrecht zu den Teilstrahlen 6' und 6" in der Zeichenebene liegende Achse
etwas gekippt, dann entsteht ein Interferenzstreifenbild im Unendlichen.
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Dieses Interferenzstreifenbild kann durch ein Fernrohr, welches aus
einer Objektivlinse9 und Okularlinsen 15 besteht, betrachtet werden. Ein auf die
halbdurchlässige Spiegelschicht 6 gekittetes Prisma 8 lenkt die Lichtstrahlen in
das Fernrohr. Durch die Objektivlinse 9 wird das Interferenzstreifenbild in die
Brennebene der Linse 9 abgebildet. An dieser Stelle befindet sich eine Glasplatte
10 mit einer quer zur Richtung der Interferenzstreifen liegenden Skala, wie in Fig.
2 dargestellt ist. Zwischen der halbdurchlässigen Spiegelfläche 6 und dem Prisma
7 ist eine Küvette 11 angeordnet, welche drei Kammern 12, 13 und 14 aufweist. Die
Kammern 12 und 14 sind mit einem Vergleichgas, z. B. Luft, gefüllt, in die Kammer
13 ist das zu untersuchende Gas eingefüllt. Die Küvette 11 ist derart angeordnet,
daß der Strahl 6'
die Kammer 13 und damit das zu untersuchende Gas zweimal durchsetzt
und daß der Strahl 6" je einmal die Kammern 12 und 14 durchsetzt. Die Strahlen 6'
und 6" erhalten dadurch einen Gangunterschied. Im Interferenzstreifenbild wirkt
sich dies so aus, daß sich die Interferenzstreifen längs der Skala 10 (Fig. 2) verschieben.
Die Größe dieser Verschiebung kann auf der Skala abgelesen werden, und sie ist ein
Maß, beispielsweise für den Brechungsindex des zu untersuchenden Gases.
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Wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, werden der von der Lichtquelle
kommende Strahl 60 und der Strahl 6" an der halbdurchlässigen Spiegelschicht 6 je
einmal reflektiert, so daß auf dem Weg 60-6"-6"' insgesamt zwei Reflexionen erfolgen.
In entsprechender Weise erfolgen auf dem Weg 6°-6'-6"' zwei Durchlässe durch die
Schicht 6. Dadurch wird erreicht, daß die Strahlen 6' und 6" eine Phasendifferenz
von 42 aufweisen und in der Überlagerung ein Intensitätsminimum 0. Ordnung bilden,
welches sich im Gesichtsfeld der Fig. 2 als schwarzer Strich 17 darstellt.
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Auf das Prisma 8 sowie die Glasplatte4 ist eine als Polarisator wirkende
Platte 16 gekittet. Die halbdurchlässige Spiegelschlcht ist von der Art, daß sie
zu gleichen Teilen das polarisierte Licht reflektiert und durchläßt. Der Strich
17 im Okulargesichtsfeld erscheint dadurch scharf und kontrastreich, d. h., er hebt
sich von den benachbarten Interferenzstreifen deutlich ab. Der Strich 17 eignet
sich somit mit Vorteil als Ablesemarke für die Skalenablesung.