تداخل‌سنج فابری-پرو

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

در نورشناسی، تداخل سنج فابری- پرو یا اتالون، از یک تیغه شفاف با دو سطح بازتابنده یا از دو آینه موازی با بازتابندگی زیاد ساخته می شود. (از نظر فنی باید تیغه اول را اتالون و دو آینه را تداخل سنج نامید، ولی معمولاً این دو اصطلاح را به جای هم به کار می‌برند.) طیف عبوری تابعی از طول موج است که پیک هایی بزرگ از تشدید های عبوری اتالون نشان می دهد. نام این تداخل سنج از نامهای چارلز فابری و آلفرد پرو گرفته شده است. واژه اتالون از واژه فرانسوی étalon به معنی پیمانه اندازه گیری یا استاندارد گرفته شده است.

اثر تشدیدی تداخل سنج فابری-پرو مشابه فیلترهای دورنگی است. پس فیلترهای دورنگی چیدمان مرتبی از تداخل سنج های فابری- پرو هستند که توسط ریاضیات مشابهی توصیف و طراحی می شود. اتالون ها به صورت بسیار وسیع در ارتباطات راه دور، لیزرها و طیف سنجی برای کنترل و اندازه گیری طول موج های نور استفاده می شود.

توصیف بنیادی[ویرایش]

قلب تداخل سنج فابری- پرو یک جفت شیشه نیمه بازتابنده تخت است که به فاصله چند میلی متر یا سانتی متر از هم قرار دارند، که سطوح بازتابنده مقابل هم قرار دارند. ( ... ، یک اتالون فابری- پرو از تیغه با دوسطح بازتابنده موازی استفاده می کند.) صفحات تخت در یک تداخل سنج اکثراً بشکل گوه ای ساخته می شوند تا از تولید فرانژهای تداخلی ناشی از صفحات پشتی جلوگیری کند؛ صفحات پشتی همچنین پوشش ضد بازتاب دارند. در یک سیستم عادی، نوردهی بوسیله یک چشمه پهن انجام می شود که در صفحه کانونی یک لنز همگرا کننده قرار دارد. اگر صفحات وجود نداشتند یک لنز کانونی کننده بعد از جفت صفحات تخت باعث تشکیل یک تصویر وارونه از چشمه می شد؛ تمام پرتوهای ساطع شده از چشمه در یک نقطه در صفحه تصویر سیستم کانونی می شد. در تصویر نشان داده شده، تنها پرتو ای که از نقطه A ساطع شده ردگیری شده است. همچنان که پرتواز جفت صفحات تخت میگذرد، چندین بار بازتاب می شود و چند پرتوی عبوری دیگر تولید می کند که بوسیله ی لنز کانونی کننده در صفحه نمایش در نقطه Á جمع آوری می شود. طرح تداخلی تکمیل شده بشکل حلقه های هم مرکز در می آید. تیزی حلقه ها به بازتاب آینه ها بستگی دارد. اگر بازتاب زیاد باشد، در نتیجه زیاد بودن ضریب Q ، نور تک رنگ یک مجموعه از حلقه های باریک و نورانی در پس زمینه ای تاریک درست می کند. یک تداخل سنج فابری- پرو با ضریب بالای Q را دارای ظرافت بالا می نامند.

کاربردها[ویرایش]

بیشترین کاربرد رایج این تداخل سنج استفاده در فیلترهای دورنگی می باشد، که در آن تعدادی از اتالون ها روی یک سطح اپتیکی بوسیله ی لایه نشانی تبخیری نشانده می شوند. این فیلترهای اپتیکی معمولاً پهنای بازتاب و عبور دقیق تری نسبت به فیلترهای جذبی دارند. وقتی این فیلترها دقیق طراحی شده باشند، چون طول موجهای اضافی را جذب نمی‌کنند همواره خنک ترند. در شبکه های ارتباط راه دور از تقسیم کننده های طول موج یا ترکیب کننده های اتالون از جنس سیلیکون ناخالص یا الماس استفاده می شود. الماس ماده ای مناسب برای ساختن اتالون است زیرا رسانش گرمایی بالا دارد ولی همچنان ضریب پخش پایین خود را حفظ می کند. در سال 2005 تعدادی از شرکت های تجهیزات ارتباط راه دور شروع به استفاده از اتالون های جامد که خود فیبر نوری نیز هستند کردند. تشدید کننده های لیزری معمولاً بعنوان تشدید کننده های فابری- پرو معرفی می شوند. لیزرهای نیمه رسانا گاهی اوقات از هندسه ی فابری- پرو استفاده می کنند، بخاطر سختی در لایه نشانی سطوح کوچک ته مدارها.

تئوری[ویرایش]

نمودار نور عبوری بر حسب طول موج.

تفاوت در تابع عبور یک اتالون بخاطر تداخل بین بازتابهای زیاد بین دو سطح می باشد. تداخل سازنده بخاطر همفاز بودن پرتوهای عبوری اتفاق می افتد، و باعث یک عبور با شدت بالا در اتالون می شود. اگر پرتوهای عبوری همفاز نباشند، تداخل ویرانگر اتفاق افتاده باعث عبور حداقلی می شود. پرتوهای بازتابی چه همفاز باشند چه نه بستگی به طول موج نور، زاویه ای که نور در اتالون حرکت می کند، ضخامت اتالون و ضریب شکست ماده ی بین سطوح بازتابی دارد. اختلاف فاز بین دو بازتاب موفق برابر است با δ

\delta = \left( \frac{2 \pi}{\lambda} \right) 2 n \ell \cos\theta.

اگر هر دو سطح دارای ضریب بازتاب R باشند، تابع عبور اتالون برابر است با

T_e = \frac{(1-R)^2}{1+R^2-2R\cos\delta}=\frac{1}{1+F\sin^2(\delta/2)},

جایی که

 F = \frac{4R}{{(1-R)^2}}

ضریب ظرافت است. حداکثر عبور (T_e=1) زمانی اتفاق می افتد که اختلاف راه نوری (2 n l \cos\theta) بین هر دو پرتوی عبوری ضریب صحیحی از طول موج باشد. بدون حضور جذب، بازتابندگی اتالون R_e مکمل عبور است، مثل T_e+R_e=1.حداکثر بازتاب برابر است با

R_\max = 1-\frac{1}{1+F}= \frac {4R}{(1+R)^2}

و این هنگامی اتفاق می افتد که اختلاف راه نیم مضرب فردی از طول موج باشد. ضریب ظرافت نیز (برای R > 0.5) از رابطه ی زیر تخمین زده می شود:

 \mathcal{F} \approx \frac{\pi \sqrt{F}}{2}=\frac{\pi R^{1/2} }{1-R}

منابع[ویرایش]

ویکی‌پدیای انگلیسی