Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ИНТЕРФЕРОМЕТР ФАБРИ - ПЕРО

ИНТЕРФЕРОМЕТР ФАБРИ - ПЕРО

ИНТЕРФЕРОМЕТР ФАБРИ - ПЕРО - многолучевой интерференц. спектральный прибор с двумерной дисперсией, обладающий высокой разрешающей способностью. Используется как прибор с пространств, разложением излучения в спектр и фотогр. регистрацией и как сканирующий прибор с фотоэлектрич. регистрацией. И. Ф.- П. представляет собой плоскопараллельный слой из оптически однородного прозрачного материала, ограниченный отражающими плоскостями. Наиб, широко применяемый воздушный И. Ф.- П. состоит из двух стеклянных или кварцевых пластинок, расположенных на нек-ром расстоянии d друг от друга

Рис. 1. Схема интерферометра Фабри-Перо.

(рис. 1). На обращённые друг к другу плоскости (изготовленные с точностью до 0,01 длины волны) нанесены высокоотражающие покрытия. И. Ф.- П. располагается между коллиматорами; в фокальной плоскости входного коллиматора устанавливается освещённая диафрагма, служащая источником света для И. Ф.- П. Плоская волна, падающая на И. Ф.- П., в результате многократных отражений от зеркал и частичного выхода после каждого отражения разбивается на большое число плоских когерентных волн, отличающихся по амплитуде и по фазе. Амплитуда когерентных волн убывает по закону геом. прогрессии, а разность хода между каждой соседней парой когерентных волн, идущих в данном направлении, постоянна и равна D=2dncosq, где n - показатель преломления среды между зеркалами (для воздуха n=1), q - угол между лучом и нормалью к зеркалам. <Пройди через объектив выходного коллиматора, когерентные волны интерферируют в его фокальной плоскости F и образуют пространств, интерференц. картину в виде колец равного наклона (рис. 2). Распределение интенсивности (освещённости) в интерференц. картине описывается выражением I=t _к ВТs/f₂², где В - яркость источника, t _к - коэф. пропускания объективов коллиматоров, s - площадь сечения осевого параллельного пучка, f₂ - фокусное расстояние объектива выходного коллиматора, Т - ф-ция пропускания И. Ф.- П.

Рис. 2. Структура интерференционных полос в фокальной плоскости выходного коллиматора.

h=2(Цr)/(1-r), t, r и a - соответственно коэф. пропуощения зеркал, причём t+r+а=1. Ф-ция пропускания Т, а следовательно, и распределения интенсивности имеет осциллирующий характер с резкими максимумами интенсивности (рис. 3), положение к-рых определяется из условия D _макс=2dncosq _макс=bml, где m (целое число) - порядок спектра, l - длина волны. Посредине между соседними максимумами ф-ция Т имеет минимумы T _мин=[t/(1+r)]².Поскольку положение интерференц. максимумов зависит от угла q и равного ему угла cвыхода лучей из второй стеклянной пластинки, то интерференц. картина имеет форму концентрич. колец (рис. 2), определяемых из условия q _мaкс=c _мaкс=const, локализованных в области геом. изображения входной диаграммы =D _вхf₂/f₁ (рис. 1). Радиус этих колец равен r_m=, откуда следует, что при m=const имеется однозначная зависимость между r_m и l и, следовательно, И. Ф.- П. производит пространств, разложение излучения в спектр. Линейное расстояние между максимумами соседних колец и ширина этих колец (рис. 3) уменьшаются с увеличением радиуса, т. е. с увеличением r_m интерференц. кольца становятся уже и сгущаются. Ширина колец Dr зависит также от коэф.

Рис. 3. Схема сечения интерференционной картины и её параметры; d₀ - диаметр выходной диафрагмы D.

отражения r и уменьшается с увеличением r. Разность квадратов радиусов соседних колец r²_m-r²_m+a=f²₂l/d линейно связана с длиной волны, и потому это соотношение используется при определении разностей длин волн. Смещение максимумов пропускания И. Ф.- П. с изменением длины волны определяется угловой дисперсией d_c/dl= -(ltgc)^-1, к-рая при малых углах (c№10^-2 рад) значительно превышает угл. дисперсию призменных и дифракц. спектрометров, что являетсяего преимуществом. Линейная дисперсия равна dr/dl№-f²₂(lr cos²c). Однако область дисперсии Dl=l²/2dcosc обычно очень мала, в этом недостаток И. Ф.- П. Спектральная ширина аппаратной функции И. Ф.- П. (интерференц. максимума) определяется выражением

, а теоретич. разрешающая способность

растёт с увеличением коэф. отражения r и расстояния между зеркалами d. Предел увеличения r определяется уменьшением T _макс=[t/(t+а)]² и дефектами изготовления плоскостей И. Ф.- П. Увеличение R₀ за счёт увеличения d ведёт к уменьшению Dl. При фотогр. регистрации спектра фотопластинка устанавливается в фокальной плоскости F (рис. 1). При фотоэлектрич. регистрации в фокальной плоскости F на оптич. оси И. Ф.- П. обычно устанавливается круговая диафрагма, диаметр к-рой равен линейной ширине центр, максимума . При этом поток излучения, проходящий через диафрагму и падающий на приёмник излучения, равен Ф=3,4t _фT _макс Вs/R _и, где R _и - реальная разрешающая сила. Регистрация спектра производится плавным изменением d или n. Светосила реального И. Ф.- П. в несколько сотен раз больше светосилы дифракц. спектрометра при равной разрешающей способности, что является его преимуществом. Т. к. И. Ф.- П., обладая высокой разрешающей силой, имеет очень маленькую область дисперсии, то при работе с ним необходима предварительная монохроматизация, чтобы ширина исследуемого спектра была меньше Dl. Для этой цели применяют часто приборы скрещенной дисперсии, сочетая И. Ф.- П. с призменным или дифракц. спектрографом так, чтобы направления дисперсий И. Ф.- П. и спектрографа были взаимно перпендикулярны. Иногда для увеличения области дисперсии используют систему из двух поставленных друг за другом И. Ф.- П. с разл. величиной расстояния d, так чтобы их отношение d₁/d₂ равнялось целому числу. Тогда область дисперсии Dl определяется более "топким" И. Ф.- П., а разрешающая сила - более "толстым". При установке двух одинаковых И. Ф.- П. увеличивается разрешающая сила и повышается контраст интерференционной картины. <И. Ф.- П. широко применяются в УФ-, видимой п ИК-областях спектра при исследовании тонкой и сверхтонкой структуры спектральных линий (см. Атомные спектры), для исследования медовой структуры излучения лазеров и т. п. И. Ф.- П. также используется как резонатор в лазерах. Лит.: Тарасов К. И., Спектральные приборы, 2 изд., Л., 1977; Зайдель А. Н., Островская Г. В., Островский Ю. И., Техника и практика спектроскопии, М., 1972; Малышев В. И., Введение в экспериментальную спектроскопию, М., 1979; см. также лит. при ст. Интерферометр. В. II. Малышев.