Fabry-Pérot-Interferometer
Das Fabry-Pérot-Interferometer, auch Pérot-Fabry-Interferometer wurde 1897 von den französischen Physikern Charles Fabry und Alfred Pérot entwickelt. Es besteht aus einem optischen Resonator, der aus zwei teildurchlässigen Spiegeln gebildet wird. Ist der Spiegelabstand unveränderbar (bspw. Glas mit aufgedampften Spiegeln), werden diese Aufbauten auch als Maßverkörperung benutzt und dann als Fabry-Pérot-Etalon bezeichnet. Ein eintreffender Lichtstrahl wird nur dann durch diesen Aufbau geleitet (transmittiert), wenn er dessen Resonanzbedingung entspricht. Damit lässt sich das Fabry-Pérot-Interferometer u. a. als optischer Filter einsetzen, das aus einer breitbandigen Strahlung ein schmalbandiges Spektrum herausfiltert. Spiegelverschiebungen ermöglichen darüber hinaus eine Veränderung der transmittierten Strahlung. Das Transmissionsverhalten lässt sich mit der Airy-Formel berechnen.
Wirkungsweise
Das Fabry-Pérot-Interferometer besteht aus zwei teilreflektierenden Spiegeln hoher Reflektivität, die miteinander einen optischen Resonator bilden. Das Transmissionsspektrum dieser Anordnung zeigt schmale Transmissions-Maxima für Wellenlängen, welche die Resonanzbedingung erfüllen, während andere Spektralbereiche in der Transmission nahezu vollständig ausgelöscht werden. Dies geschieht durch konstruktive bzw. destruktive Interferenz der Teilstrahlen. Der Abstand
Die so genannte Finesse
- .
Je größer die Finesse, desto mehr Strahlenbündel interferieren miteinander und desto schärfer sind also die Interferenzringe. Einfachste Fabry-Pérot-Interferometer erreichen bei sichtbarem Licht Finessen von ungefähr
Mit dielektrischen Dünnschichtbelägen und gekrümmten Spiegeln lassen sich Finessen bis zu 1000 erreichen.[1] Bei steigender Finesse wächst bei Resonanz die Intensität bzw. Feldstärke der Lichtwellen innerhalb des Interferometers bzw. Resonators auf Werte an, die wesentlich höher sind als diejenigen des durchtretenden Lichtes. Diese Tatsache muss bei Anwendungen, bei denen die Leistung im Vordergrund steht, berücksichtigt werden (z. B. bei Laser-Resonatoren und -Modulatoren).
Die Resonanzmaxima sind die longitudinalen Moden eines Lasers. Je nach dessen Verstärkungsbandbreite kann er auf einer oder auf mehreren dieser Moden anschwingen bzw. „lasern“.
Durchmesser der Interferenzringe
Wenn man (1) mit
Der innerste Ring gehört zur Ordnung
Anwendungen
Anwendung findet das Fabry-Pérot-Interferometer:
- in der Spektroskopie als durchstimmbarer Interferenzfilter oder auch zur Kalibrierung einer unbekannten oder nichtlinearen Frequenzskala.
- als mechanischer Modulator für monochromatische Strahlung, beispielsweise eines CO2-Lasers bei einer Wellenlänge von 10,6 µm (modulierbare Strahlleistung bis über 100 Watt)
- als Laser-Resonator
- in der Astronomie: im H-alpha-Teleskop zur Sonnenbeobachtung
Literatur
- Werner Lauterborn, Thomas Kurz: Coherent Optics - Fundamentals and Applications. Springer, 2002, ISBN 978-3-540-43933-2.
Einzelnachweise
- ↑ Eugene Hecht: Optik. 4. Auflage. Oldenburg Verlag, München/Wien 2005, ISBN 3486273590, S. 682.
Weblinks