Интерферометр Фабри-Перо

Интерферометр Фабри-Перо представляет собой многолучевой интерференционный спектральный прибор, обладающий чрезвычайно высокой разрешающей способностью (она достигает 300 000 400 000). Это обусловлено многолучевой интерференцией, которая позволяет наблюдать узкие высокоинтенсивные интерференционные полосы. Интерферометр Фабри-Перо широко применяется при исследованиях в УФ-, видимой и ИК-областях спектра, в частности, для изучения таких сложных для наблюдения эффектов как тонкая и сверхтонкая структура спектральных линий.

Интерферометр Фабри-Перо представляет собой плоскопараллельный слой из оптически однородного материала, ограниченный отражающими плоскостями (см. Рис.5). Обращенные друг к другу поверхности изготавливаются таким образом, что отступления от плоскостности каждой из них и параллельности друг другу не превышают 0,01 от длины волны. Плоская волна, падающая на интерферометр Фабри-Перо, в результате многократных отражений от ограничивающих плоскостей и частичного выхода после каждого отражения разбивается на большое количество отличающихся по фазе плоских когерентных волн, амплитуда которых убывает по закону геометрической прогрессии.

Рис. 5 – Отражённые, преломленные и проходящие лучи в эталоне Фабри-Перо.

Выходящие из эталона параллельные лучи фокусируются линзой с фокусным расстоянием . В результате интерференции в фокальной плоскости линзы образуется пространственная интерференционная картина в виде колец равного наклона (см. Рис. 6). Радиус колец однозначно связан с длиной волны выражением, вывод которого приводится в Приложении 2:

. (9)

где n – показатель преломления среды между ограничивающими поверхностями, θ – угол между лучом и оптической осью, d – расстояние между параллельными отражающими поверхностями эталона (см. Рис. 5), – целое число (порядок интерференции). Линейное расстояние между максимумами соседних колец и ширина этих колец уменьшаются с увеличением радиуса, т.е. с увеличением интерференционные кольца становятся у же и сгущаются. Разность квадратов радиусов соседних интерференционных колец

(10)

линейно связана с длиной волны, и потому данное соотношение используется для определения длин волн и их разностей.

Рис. 6 – Фокусировка лучей, исходящих из интерферометра Фабри-Перо.

Расчетные формулы

В случае простого эффекта Зеемана линия расщепляется на 3 компоненты с длинами волн , и . Длины волн крайних σ-компонент и согласно выражению (7) с учетом связаны соотношением:

, (11)

Выразим эту величину через радиусы интерференционных колец. Разделив друг на друга выражения (9) и (10) для компонент и получаем соответственно:

; .

Тогда, при ,

, (12)

Обратим внимание, что значение величины δ не зависит от единиц измерения радиусов колец. Построив зависимость этой величины от магнитного поля, в соответствии с формулой (11) можно по угловому коэффициенту полученной прямой рассчитать магнетон Бора.