.
Для того, чтобы максимально повысить чувствительность теневого прибора, нужно его отверстие уменьшить до размеров дифракционной точки. Ее диаметр, как мы помним, равен 2,44l " . Так как испытания ведутся из центра кривизны зеркала, то относительное фокусное расстояние нужно удвоить, тогда d=4,88l " . Для волны длиной 0,00056 мм диаметр отверстия должен быть не больше чем 0,003" . Так, для зеркала с относительным отверстием 1/4 диаметр отверстия должен быть порядка 0,01 мм, для относительного отверстия 1/8 диаметр “звезды” можно увеличить до 0,025 мм. Все это очень малые отверстия, и яркость теневой картины мала. В 1918 г. Г. Ричи, а позже независимо от него Д. Д. Максутов предложили точку заменить щелью, ширина которой та же, что и у точки, а длина 2—4 мм. Яркость теневой картины возрастает в несколько десятков раз, а точность измерений остается той же и даже повышается благодаря удобным условиям наблюдений. Край ножа в этом случае должен быть строго параллельным щели в двух плоскостях: перпендикулярной оптической оси и параллельной этой оси. Так как это сделать непросто, щель и нож обычно устанавливают на одном движущемся основании и фиксируют друг относительно друга.
Если источник
света (точка или щель) смещен с
оптической оси при испытаниях, то
его изображение отягощено комой, и
это скажется на теневой картине.
Роберт Мейджи рассчитал [29]
максимальные расстояния между
щелью и ножом, при которых влияние
комы еще не сказывается (см. табл. 16).
Из таблицы видно, что чем больше
относительное отверстие зеркала,
тем меньше должно быть расстояние
между источником и ножом. Для
испытаний светосильных зеркал щель
и нож нужно обязательно
устанавливать на едином основании. В
этом случае при промере продольных
аберраций нож движется навстречу
изображению щели, и поэтому в
формуле продольной аберрации
знаменатель приходится удвоить, .
В идеале расстояние между ножом и щелью должно быть равно нулю. В новосибирском клубе им. Д. Д. Максутова построен такой прибор (рис. 52). Здесь свет 6-вольтовой лампы фокусируется с помощью простого конденсора на край лезвия ножа (лезвие бритвы), установленного под углом 45° к оси. Этот край одновременно служит одной из щечек щели. Вторая щечка — также лезвие бритвы. Оба лезвия прижимаются двумя металлическими пластинками с помощью винтов. После регулирования ширины щели винты фиксируют лезвия (рис. 53).
В ряде случаев, о которых будет рассказано дальше, нужно еще больше повысить яркость теневой картины. Тогда можно резко увеличить ширину до 1—2 мм, и яркость картины возрастет во много раз. Возникающие полутона теневой картины в этом случае в точности соответствуют истинному профилю фигуры зеркала со всеми нюансами. Если теневую картину спроецировать на экран, установленный в 50—100 мм позади ножа, то можно с помощью небольшого фоторезистора с гальванометром профотометрировать теневую картину вдоль диаметра, перпендикулярного краю ножа, и график освещенности будет в точности повторять рельеф зеркала.
Как упадет чувствительность теневого метода при замене дифракционной щели на широкую? Д. Д. Максутов по этому поводу писал [3]: “Прежде [до 1939—1940 г.] я считал, что чувствительность теневого метода, если не пропорциональна, то во всяком случае в значительной мере зависит от ширины щели или диаметра точки. Теперь от этого взгляда следует отказаться как от принципиально неверного, при переходе от бесконечно широкой щели к бесконечно узкой мы обнаружим выигрыш в предельной чувствительности всего лишь в ~ 3 раза”.
Рис. 52. Совершенный теневой прибор клуба им. Д. Д. Максутова с горизонтальным расположением ножа: 1 — осветитель с конденсором, 2 — щель и нож, 3 — винт вертикального движения, 4— винт продольного движения, 5 — часовой (дисковый) индикатор.
Рис. 53. Осветительная система хорошо оборудованного теневого прибора: 1-лампа, 2 — конденсор, 3—нож, 4— вторая щечка щели, 5 — прижимная пластина.
Вместо ножа можно использовать и другие приспособления для исследования дифракционной картины точки или щели. Прежде всего это нить. Метод нити, предложенный в 1918 г. Г. Ричи и подробно исследованный Д. Д. Максутовым и другими оптиками, чаще все-таки играет вспомогательную роль. Нить представляет собой как бы нож с двумя лезвиями. От того, что эти “лезвия” направлены в разные стороны и практически совмещены, картина при испытании нитью не имеет теней, а только полутени (рис. 54, в) При этом полутень на зеркале выглядит тонкой линией, и чем больше относительное отверстие зеркала тем уже тень. Это и понятно: при испытании ножом мы также сталкиваемся с тем, что на светосильных зеркалах полутень уже, чем на длиннофокусных зеркалах. Очень важно, что тень нити видна только на тех зонах, в центре кривизны которых установлена нить. Это очень удобно для точного определения центра кривизны той или иной зоны. При работе с нитью важно, чтобы ширина щели была близкой к дифракционной.
Рис. 54. Теневая картина при испытании параболоида: а — ножом, б — решеткой Ронки, в — нитью. Слева внизу — сложный тест, содержащий “нож”, решетку и “нить”. Тест наносится на кусочек стекла или фотографируется на позитивную пленку.
Обычно для исследования поверхности в целом применяют нож и с его помощью делают предварительные и точные замеры аберраций, но для окончательного суждения о величине аберраций можно применить и нить. Нить имеет тот недостаток, что не позволяет уверенно оценить качество поверхности в целом, но зато позволяет точнее определить положение полутени на зонах зеркала.
В 1925 г. Васко Ронки предложил решетку из нескольких нитей, нанесенных на стекло параллельно самим себе на расстоянии около 0,1—0,2 мм. Эта решетка смещается с фокуса фронта волны на 2—5 мм к зеркалу или от него, и мастер по искривлению теней линий на зеркале судит о форме поверхности (рис. 54,б и 49,б). Чем ближе к фокусу фронта волны расположена решетка, тем чувствительнее метод.
Можно обойтись и одной нитью, если ее также сместить ближе к зеркалу (или дальше от него) на 2—5 мм от фокуса фронта волны. Это так называемый второй метод щели и нити, исследованный Д. Д. Максутовым. Недостаток метода состоит в том, что для качественной оценки всей поверхности нить нужно плавно перемещать поперек пучка лучей, постепенно “проходя” всю поверхность зеркала. Решетка Ронки в подобном случае позволяет без перемещения поперек луча сразу оценивать всю поверхность.
Рис. 55. Вид изображения светящейся точки в сильный окуляр при наилучшей наводке на фокус (в середине), при предфокальном (слева) и зафокальном (справа) положениях окуляра: вверху-при безупречном сферическом зеркале, внизу — если радиус кривизны центральной части зеркала короче, чем радиус кривизны периферических частей (заимствовано у М. С. Навашина).
Для количественной оценки поверхности необходимо вычислить заранее форму тени нити на зеркале при различных положениях нити при ее смещениях вдоль и поперек оси. Для точного замера аберраций нужно выполнить несколько десятков установок нити и соответствующее количество вычисленных положений тени на зеркале. В усовершенствованном виде этот способ получил названий метода Гавиолы, и здесь мы его не рассматриваем, так как он представляется слишком громоздким и обязательно требующим хорошего теневого прибора с плавным перемещением нити поперек и вдоль оси и с возможностью точного замера любого положения нити.
Практически в результате полуторавекового “естественного отбора” нож вышел победителем и у любителей и у профессионалов при оперативном исследовании зеркал.
Если мы исследуем сферический фронт волны (в случае испытаний сферического зеркала из центра кривизны или при испытаниях асферических поверхностей в компенсационной схеме, см. ниже), то очень наглядным является испытание с помощью окуляра — так называемая окулярная проба. Ее суть в том, что с помощью сильного окуляра мастер рассматривает дифракционное изображение точки и по виду колец, а также по виду предфокальных и зафокальных изображений судит о качестве поверхности зеркала. К сожалению, этот метод не слишком чувствителен. Но он очень нагляден, так как позволяет сразу видеть, дает ли зеркало достаточно качественное изображение светящейся точки. Рис. 55 показывает различный вид точки или внефокального пятна при различных дефектах зеркала. Окулярная проба — один из важных вспомогательных способов контроля зеркал. Как подчеркивал М. С. Навашин [4], он позволяет начинающему мастеру получить важные навыки при изучении тонких дифракционных эффектов. Этот опыт чрезвычайно важен при астрономических наблюдениях для понимания многих важных вопросов.
Предыдущий параграф |
Глава вторая |
Следующий параграф |