7.21.2. Применение интерферометра Фабри — Перо

Интерферометр Фабри — Перо обычно используют [59] в условиях, когда его входная грань освещается кодлимированным пучком и

исследуется прошедший луч в фокальной плоскости линзы, помещенной со стороны выхода.

Первоначально интерферометр Фабри — Перо использовался как спектрограф, в котором в фокальную плоскость выходной линзы помещали фотопластинку. Если источник монохроматического излучения имеет конечные размеры, то излучение, падающее на эталон, может быть представлено суперпозицией плоских волн с волновыми векторами, заполняющими некоторый телесный угол. Следовательно, через эталон проходят только те компоненты излучения, углы падения которых принадлежат ряду дискретных значений, таких, что

В случае когда на интерферометр нормально его поверхности падает плоская монохроматическая волна, картина поля за ним представляет собой совокупность концентрических узких колец, центр которых расположен на бесконечности. Угловые диаметры колец связаны соотношением Угловую ширину кольца можно измерить по точкам, соответствующим половине максимальной интенсивности, Таким образом, данное кольцо наблюдается под телесным углом

где теоретическое разрешение интерферометра. В соответствии с выражением для разрешение интерферометра Фабри — Перо можно варьировать в широких пределах, изменяя расстояние менее узких пределах, изменяя отражательную резкость.

Кольца, наблюдаемые в фокальной плоскости выходной линзы, представляют собой совокупность тонких круговых полос равного наклона и называются кольцами Хайдингера по имени австрийского физика Вильгельма Карла Хайдингера (1795 — 1871). Радиусы этих колец даются выражением

где - фокусное расстояние выходной линзы.

Если источник излучает в узком спектральном диапазоне, то каждая линия спектра определяет свою картину полос. Обрабатывая на микроденситометре фотографию полученной интерференционной картины, можно с соответствующим разрешением получить спектр источника. Этот метод широко применяется для изучения сверхтонкой структуры атомов, откуда в свою очередь можно получить информацию о структуре атомного ядра. Современные интерферометры Фабри — Перо используются при изучении комбинационного,

мандельштам-бриллюэновского и рэлеевского рассеяния в газах, жидкостях и твердых телах.

В 1948 г. Жакино и Дюфур предложили спектрометр Фабри — Перо, в котором фотопластинка была заменена фотоэлементом (который в настоящее время представлял бы собой ФЭУ или фотодиод), расположенным за системой точечных отверстий в плоскости, совмещенной с фокальной плоскостью выходной линзы. Этот метод называется сканированием центрального пятна. Изменяя линейно во времени давление газа внутри интерферометра или смещая зеркала, поддерживаемые пьезоэлектрическими прокладками, с фото детектора мы получим сигнал, который будет пропорционален спектральной яркости источника излучения на той частоте, на которую в данный момент настроен интерферометр. Например, если интерферометр поместить в камеру высокого давления, содержащую газ (показатель преломления газообразного при нормальных условиях равен примерно 1,00078), то можно достичь [60] скорости сканирования 3,9 А/атм. Если при сканировании давлением область свободной дисперсии не зависит от расстояния то при механическом сканировании эта область увеличивается с уменьшением Чтобы просканировать всю область дисперсии, величину необходимо изменить на

Спектроскопические приборы характеризуются пропусканием (см. разд. 2.15 и 4.15), определяемым как произведение площади на телесный угол О сбора излучения. Систематическое исследование пропускания различных приборов впервые выполнил Жакино [56]. Для интерферометра Фабри — Перо с учетом выражения (7.21.8) можно записать

Пропускание которое также называется светособирающей способностью или светосилой, представляет собой способность интерферометра собирать максимум излучения от источника, разлагать его в спектр и затем детектировать.

Если через (светимость) обозначить отношение спектральной плотности потока (измеряется в эрг-см/с) излучения, попадающего на фото детектор, к спектральной яркости (измеряется в протяженного источника, то можно записать следующее выражение:

где максимальный коэффициент пропускания интерферометра.

Следует заметить, что для данного эталона произведение светимости на разрешающую силу является постоянным и определяется только площадью эталона и коэффициентом пропускания Жакино показал, что у интерферометров Фабри — Перо произведение в

70—350 раз превышает аналогичное произведение у спектрометров с дифракционными решетками. Это объясняется тем, что интерферометр Фабри — Перо собирает свет с гораздо большего телесного угла, чем спектрометр с дифракционной решеткой. Более полную информацию о методах записи и сканирования спектра читатель может найти в монографии Кука [59].