Интерферометр Фабри-Перо

Интерферометр Фабри-Перо широко используется при решении как фундаментальных, так и прикладных задач в областях спектроскопии, квантовой электроники, астрофизики, газодинамики, космических и термоядерных исследований, метрологии и спектрального анализа. Он позволяет получить ценную информацию при изучении атомов и молекул плазмы, газообразных, жидких и твердых тел. Действие этого интерферометра основано на многократном отражении света двумя параллельными зеркалами и многолучевой интерференции выходящих из этой системы лучей света. Обычно интерферометр Фабри-Перо выполняется в виде двух плоских (или сферических) полупрозрачных зеркал, разделённых промежутком (часто воздушным). Интерферометр может быть выполнен также в виде плоскопараллельной пластинки (например, из стекла или кварца), поверхности которой покрыты отражающими слоями.

Отражение света от двух параллельных плоскостей приводит к образованию локализованных в бесконечности (или в фокальной плоскости линзы) интерференционных полос равного наклона. В некоторую точку P фокальной плоскости линзы собираются лучи, которые до линзы образуют с ее оптической осью один и тот же угол θ (Рис.12). Разность хода Δ двух соседних интерферирующих лучей определяется формулой: Δ=2nhcosθ’. Максимумы интенсивности в проходящем свете расположатся там, где Δ составляет целое число длин волн:

2nhcos θ’=mλ. (5)

Линиям равных интенсивностей соответствует одно и то же значение угла θ, поэтому интерференционные полосы в фокальной плоскости линзы имеют вид концентрических колец с центром на оси линзы. Центру картины соответствует наибольший порядок интерференции. При этом расположение максимумов интенсивности будет таким же, как в полосах равного наклона при двулучевой интерференции. Но по выходе из пластины интерферирует не два когерентных луча, а N лучей. Это приводит, в отличие от двулучевой интерференции (Рис.13a), к образованию ярких и резких максимумов (Рис.13b), что

позволяет заметно увеличить разрешающую способность спектрального прибора.

В настоящей работе используется модель интерферометра Фабри-Перо, изготовленная на базе школьного комплекта приборов для изучения свойств электромагнитных волн. Электрическая блок-схема этой установки приведена на Рис.14: 1 – излучатель сантиметровых электромагнитных волн, промодулированных по амплитуде звуковой частотой, 2 –приемник, в котором происходит детектирование звуковой частоты, 3- высоковольтный выпрямитель, 4-усилитель звуковой частоты, 5-динамик. Электромагнитные волны от излучателя 1 параллельным пучком через металлическую пластину с набором круглых отверстий направляются на приемник 2. Металлическая пластина с отверстиями исполняет роль зеркала. На входе приемника 2 находится такое же зеркало. Часть электромаг нитного излучения, попадая в пространство между металлическими зеркалами, испытывает многократное отражение и образует в зависимости от разности хода максимумы или минимумы интерференции, которые фиксируются по громкости звучания и показаниям амперметра.

Интерференционный светофильтр.

Если расстояние между пластинами интерферометра Фабри-Перо (Рис. 12.) сделать очень малым (порядка λ), то такое устройство можно использовать как светофильтр с очень узкой полосой пропускания Δλ. Действительно, через такой слой пройдет свет только той длины волны λ, которая очень строго удовлетворяет условию максимума (5). Расстояние h должно быть малым, чтобы не могло произойти усиление также и для длины волны λ+Δλ, но с меньшим порядком m:

(6)

Для того чтобы выполнялось условие (6), надо чтобы m было меньше , т.е. либо должно быть малым m, либо Δλ должно быть уменьшено предварительным фильтрованием через другой светофильтр или спектрограф.

Обычно интерференционный светофильтр располагается нормально к падающим лучам. При наклоне интерференционного светофильтра согласно условию максимума интерференции (5) длина волны λ, которую он пропускает, изменяется. Изготавливают такие светофильтры, чаще всего напыляя на тонкое стекло многослойные прозрачные диэлектрические покрытия.