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O b e r e i n e n S t u f e n k o m p e n s a t o r ffir d e n J a m i n s c h e n In ter ferent ia l re fraktor

be i B e l e u c h t u n g mi t w e i ~ e m Licht .

Von Heinz Billing in Mtinchen.

Mit 2 Abbildungen. (Eingegangen am 21. Juli 1936.)

Es wird ein Kompensator angegeben, der gestattet, die Verschiebung des mono- chromatisehen Streifens tiber einen erweiterten Mel~bereich wie bei einem

Zeigerinstrument ohne Drehen einer Kompensationstrommel abzulesen.

Beleuchtet man einen geeignet justierten Jaminschen Interferential- refraktor mit weil~em Lieht, so erseheint im Gesiehtsfeld ein aus ~iqui- distanten geraden Streifen bestehendes Bild. Eine Franse erscheint rein sehwarz, wahrend die benachbarten Streifen farbige l~nder zeigen ~md die

welter entfern~en allm~hlich in ein verwaschenes Weil~ flbergehen. Jede France erstreekt sich yon einer Seite des Gesiehtsfeldes bis zur gegenfiber- liegenden. Bringt man z. B. in den Strahlengang zwei Gaskammern A, B (Fig. 1) und ~ndert in der Kammer A stetig den Druek, so wandert das Fransensystem allmahlich aus dem Gesiehtsfeld heraus. Man bringt es for gewShnlich wieder in seine Ausgangsstellung dutch den Jaminsehen Kompensator. Dieser besteht im Prinzip aus einer im Strahlengang I befindliehen drehbaren Platte. Dutch deren Drehung kann die optisehe Wegl~nge des Strahlenganges I in gewissen Grenzen beliebig ver~ndert und gleich der optischen Wegl~nge des Strahlenganges II gemaeht werden. Der sehwarze Streifen befindet sich dann wieder in seiner Ausgangsstellung.

Die Messung des Brech~ngsindex eines Gases mit einem geeichten Apparat erfolgt folgendermal~en. ~an tfillt das Gas in die Kammer A. Das Streifensystem wird dann in der Regel aus dem Gesiehtsfeld ver- sehwunden sein. Man dreht nun solange an tier Kompensatortrommel, bis man das S~reifensystem gefunden hat and stellt dann den sehwarzen Streifen ~uf die Nullstellung ein. An der geeiehten Kompensatortrommel is~ je~zt unmittelbar der Brechungsindex abzulesen. Dieser Weg ist, wenn es. auf sehnelle 1Messung ankommt, noch zu nmst~ndlich. Man braucht einen Kompensator, der es gestattet, aus der Stellung des sehwarzen Streifens ftber einer im Femrohr erseheinenden Skale wie bei einem Zeiger- instrument den Breehungsexponenten abzulesen. Obige Forderung ist leieht zu erfiillen, wenn man sich mit einem kleinen Mel~bereieh beg~iigt. Man bringt einfaeh in die Brennebene des Okulars vom Beobachtungsfernrohr eine in Breehungsindizes geeichte Skale. Die Lage des schwarzen Streifens

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zur Skale gestattet dann eine unmittelbare Ablesung. Da der schwarze Stre~fen bald aus dem Gesichtsfeld herauswandert, ist jedoeh der Me~- bereieh sehr besehr~nkt. Um den Mel~bereieh wieder auf die ursprtingliehe mit dem Jaminschen Kompensator erzielte Gr61~e zu bringen, hat sich folgende Anordnung gut bew~hrt.

An den Punkten a, b, c (Fig. 1) wird dag Bild einer mSglichst wenig ausgedehnten Lichtquelle L (2 Watt G10hl~mpehen mit spiraligem Gliih- faden) dutch die Linse K entworfen. Die Strahlen der Bilder a und c, und mit ihnen s~mtliehes nicht interferenzfi~hige Licht, werden abgeblendet. Daher entsteht im Fernrohr F eine Interferenzerseheinung yon aul~er- ordentlicher Klarheit. Der einfarbige dunkle Streifen erseheint tier sehwarz.

25cr~ A , ,

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Fig, 1, Interferentlalre~aktor mit Kompensatlol)streppe T, Fig. 2. Bild der Interferenz- strelfen, schematisch.

Die Kanmmrn ,4 und B seienmit demselben Gas gefiillt. Der Interferential- refraktor sei so justiert, dal~ die Fransen horizontal liegen. Mle in der Zoiehenebene yon Fig. 1 verlaufenden Strahlenpaare haben dann denselbeu Gangun~ersehied W; der gerade Null sein m6ge. Nun bringt man vor die Kammer A eine Glastreppe T m i t dem eingezeichneten Querschnitt. Da das Bfldchen b tier Lichtquelle L sehr klein ist, wirkt das Fernrohr so, als ob es stark abgeblendet w~re. Die Brennweite des Femrohrobjektivs betrug bei unserer Anordmmg nur 5 em. Daher bildet das Fernrohr die einzelnen Stufen der Treppe seharf ab, obwohl es auf unendlieh eingestellt ist. Die Stufen erseheinen im Gesiehtsfeld als senkreehte B~nder. Die HShe der einzelnen Treppenstufe betragt 10 ~. Daher haben die Strahlen, die die Stufen 1 bzw. 2, 8, 4, 5 durchsetzen, die Glasdicken 0 [z bzw. 10, 20, 30 ~ usw. zu dttrchdringen. Die Strahlen erhalten da4ureh einen Gang- unterschiod von D (nm~ . ~ nLu~t ), WO D gleieh dor wirksamen Glasdieke yon 10 bzw. 20 ~ usw. is~. Der sehwarze Streifen, der in dot Fig. 2 tells ausgezogen (% al), toils punktiert (a 1%) gezoichnet ist, m6ge vor Ein-

Stufenkompensator for den Jamlnschen Interferentialrefraktor usw. 59

bringung der Glastreppe quer durch den oberen Teil des Gesiehtsfeldes gehen. Bringt man nun die Treppe wie in Fig. 1 in den Strahlengang, so wird der Teil a o a 1 des schwarzen Streifens nieht ge~i~dert. Das Licht, das diesen Teil erzeugt, geht bei 1 an der Glimmertreppe vorbei und die betreffenden Strahlenpaare 15schen sich weiterhin aus. Der schwarze Streifen yon a Ibis a 2 verschwindet, denn die eine Komponente der Strahlen- paare, die hier den schwarzen Streifen gebildet haben, ist durch die Stale 2 gegangen und hat einen Gangun~erschied yon 10 (nGl~ --nLuft ) ~ erhalten. Aus ~hnlichem Grunde verschwinde~ tier sehwarze S~reifeu yon a~ bis %.

~erringert man nun den Gasdruck in der Kammer A, so ~ndert sich der optische Weg des Strahlenganges I u m L. dn. L i s t die L~nge der Gaskammer und d n die )mderung des Breehungsindex. Dot schwarze Streifen wandert dabei im Felde 1 (Fig. 2) nach unten. Er mSge aus dem Gesichtsfeld verschwinden, wenn L. dn ~ 10 (nma s - - nLu~t ) ist. Gilt aber diese Beziehung, so 15sehen sich die S~rahlenpaare aus, die im Feld 2 an dem Ort a I a 2 interferieren. Die Verl~tngerung des optischen Weges in der Kammer A wird an dieser Stelle genau kompensiert dutch die S~ufe 2 der Glastreppe. Der schwarze Streifen ist also, bevor er bei C aus dem Feld 1 verschwunden ist, bei C' in das Feld 2 eingetreten und steht jetzt an der Stelte % %. Auf diese Weise wande~t der sehwarze Streifen bei Ver~nderung des optischen Weges in A durch alle fimf Felder. Der Mel3bereich ist dadurch gegentiber einem Interferometer ohne Kompensation verftinffaeht. Reicht diese Erweiterung nich~ aus, so kann man durch Vorlage einer 50 ~-Plan- parallelplatte vor T einen Kompensa~ionsbereich yon 50 (n o lo , - %~t) bis 100 (nola~- nLu~t ) einstellen. Die Treppe wird am besten aus Glas geschliffen, kann aber auch, wie wires versuchsweise gemacht haben, aus Glimmerpl~ttchen hergestellt werden. Man spaltet sich dazu Glimmer- streifen der richtigen Dicke und klebt sie nebeneinander auf einen Rahmen. Die Mel~skale Sk zur Ausmessung der Lage des schwarzen Streifens besteht aus einer auf Glas geritzten rechteckigen Teilung. Sie wird in der Brenn- ebene der Linse K angebracht, so dat3 sie im Fernrohr scharf erscheinr

Die Kompensationstreppe bietet eine Reihe yon u gegeniiber dem Jaminschen Kompensator: Beim Justieren des In~efferential- refraktors mit Weii3em Licht wird das Auffinden des schwarzen Streifens

wesent l ich erleichtert, da man mit einem Bliek einen verh~ltnism~ig gr.ol~en Mel3bereich i~bersehen kann. Weiterhin wird die Mel~geschwindigkeit

1) Die Teilung vor das Okular des Fernrohres zu bringen verursacht Schwierigkeiten, da dann die Striche wegen der groi~en OkularvergrSl~erung sehr rein sein miissen.

60 Heinz Billing.

wesenflieh erhSht, da man fast wie bei einem Zeigerinstrument ablesen kann, ohne dutch Drehung einer Trommel kompensieren zu miissen. Die Ylel~- genauigkeit ist dagegen nur etwa halb so grol3 wie beim Jaminschen Kompensator, und zwar aus folgendem Grunde. Bei dem in der Teehnik gebrauehliehen Jaminsehen Kompensator kompensiert man dadureh, dal3 man das Streifensystem senkrecht fiber ein gleichartiges festes Streifen- system einstellt. Dies ist mit einer Genauigkeit ~on 1/2 o Streifen mSglieh. Bei der Stufenkompensation kann man die Lage des sehwarzen Streifens relativ zur Mel~skale hSchstens auf 1/10 Streifen genau absehatzen.

Schwierigkeiten bereitet bei Verwendung des Jaminschen Kompen- sators noch folgendes. Infolge der meist verschiedel]el] Abbesehen Zahl

n o - - 1 - - - - des Kompel]satorglases lind des zu l]ntersuchenden Gases

n F m ~C

wird je nach der Gasdichte ein hel!er oder ein dl]nkler Streifen mono- ehromatisch sein. Ist ein heller Streifen monoehromatiseh, so werden die beiden benachbarten dul]klen Streifen schwach farbige Rander zeigen. Der Beobaehter wird dann im Zweifel sein, welehen dunk]eli S~reifen er auf die Nullmarke einstellen soll. Diese Seh~ierigkeit lal3t sich beheben, wenn man ein Kompensatorglas wahlt, das annahernd aiese]be Abbesche Zahl hat wie das zu untersuchende Gas. Dies ist oft nieht mSglich, da die Abbesche Zahl aueh der geeignetsten Glaser wesel]tlieh kleiner als die der meisten Gase ist. Bei Verwendul]g tier Stufenkompensation kanl] man, wie eine nahere Betraehtung zeigt, durch Wahl geeigneter versehiedener Glasarten erreiehen~ dab im ganzen Mel~bereieh immer ein Streifen ein: deutig als der einzige schwarze erkannt werden kann. Mlerdings ist dann fiir jedes Gas eine besondere Treppe zu bereehnen.

Die Verwendung der Kompensationstreppe diirfte aueh bei anderen Interferometern mSglieh sein.

Herrn Prof. Dr. Schli tz danke ieh herzliehst fiir seine wertvollen Ratsehlage zur FSrderung der Untersuchl]ng.

M~nchen, Physikalisches Institut der Universit~t.