7.21. ИНТЕРФЕРОМЕТРЫ ФАБРИ — ПЕРО
В 1897 г. С. Фабри и А. Перо [10] впервые использовали плоскопараллельный оптический резонатор в качестве интерферометра. С тех пор эти резонаторы интенсивно применяются для спектрального анализа сверхтонкой структуры и в точных метрологических измерениях [56, 57]. Изобретение лазера привело к бурному росту теоретических и экспериментальных работ по изучению свойств и применений резонаторов. Можно встретить резонаторы, имеющие зеркала с произвольными фокусными расстояниями и зазором между ними от нескольких миллиметров до нескольких метров. В многочисленных разделах данной главы мы представили результаты этих работ. Однако в этом разделе мы обсудим главные особенности плоскопараллельных резонаторов, поскольку они находят широкое применение именно как интерферометры.
Во многих случаях интерферометры Фабри — Перо имеют очень большие числа Френеля и дифракционными эффектами в них можно пренебречь. Поэтому, в принципе для их изучения хотя и следовало бы применить анализ мод, обычно предпочитают более простое рассмотрение. Кроме того, дифракционный анализ излучения, прошедшего через интерферометр, должен включать в себя решение неоднородных интегральных уравнений Фокса — Ли, в которые входит функция источника, создаваемая падающим пучком, так что задача оказывается очень сложной.
В простейшем виде интерферометр Фабри — Перо состоит из двух параллельных оптических поверхностей, между которыми возникает множество отражений. Интерферометры могут состоять из пары полупрозрачных зеркал, разнесенных на малое расстояние
при этом зеркальные поверхности должны быть обращены друг к другу и быть параллельными с весьма хорошей точностью (рис. 7.43, а). Обратные поверхности зеркал обычно делаются наклонными (типичные значения угла наклона 10—30) по отношению к рабочим поверхностям. Это делается для того, чтобы избежать интерференции между лучами, отраженными от этих поверхностей, и теми, которые испытывают многократное отражение. Эти вторичные отражения не могут быть устранены простым нанесением просветляющего покрытия, поскольку даже лучшие просветляющие покрытия имеют отражательную способность
Устройства с фиксированным расстоянием между зеркалами называются эталонами. В этих приборах можно регулировать пропускание, изменяя угол падения луча. Эталон можно также изготовить, напылив многослойные диэлектрические пленки, выполняющие роль
Рис. 7.43. Схематическое представление двух конструкций интерферометров Фабри-Перо, а — два полупрозрачных зеркала разнесены друг от друга на расстояние
и выставлены строго параллельно друг другу;
твердотельный эталон.
зеркал, на противоположные грани пластинки из кварца или других каких-либо оптических материалов, прозрачных в рабочем диапазоне интерферометра (рис. 7.43, б). Качество таких твердотельных эталонов исключительно сильно зависит от степени параллельности противоположных граней (обычно требуется, чтобы она была лучше чем 0,2), а также от того, насколько сильно показатель преломления
и толщина
зависят от температуры. Последние два параметра обычно стабилизируют, помещая интерферометр в термостат, в котором температура поддерживается с высокой степенью точности (обычно