تداخل‌سنج فابری-پرو

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 می‌شود. طیف عبوری تابعی از طول موج است که پیک‌هایی بزرگ از تشدیدهای عبوری اتالون نشان می‌دهد. نام این تداخل سنج از نامهای چارلز فابری و آلفرد پرو گرفته شده‌است. واژه اتالون از واژه فرانسوی étalon به معنی پیمانه اندازه‌گیری یا استاندارد گرفته شده‌است.

اثر تشدیدی تداخل سنج فابری-پرو مشابه فیلترهای دورنگی است. پس فیلترهای دورنگی چیدمان مرتبی از تداخل سنج‌های فابری- پرو هستند که توسط ریاضیات مشابهی توصیف و طراحی می‌شود. اتالون‌ها به صورت بسیار وسیع در ارتباطات راه دور، لیزرها و طیف سنجی برای کنترل و اندازه‌گیری طول موج‌های نور استفاده می‌شود.

 

تداخل‌سنج فابری-پرو

 

توصیف بنیادی تداخل سنج فابری- پرو

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 می‌کند.) صفحات تخت در یک تداخل سنج اکثراً بشکل گوه‌ای ساخته می‌شوند 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 می‌شود که در صفحه کانونی یک لنز همگراکننده قرار دارد. اگر صفحات وجود نداشتند یک لنز کانونی‌کننده 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 شده‌است. همچنان که پرتواز جفت صفحات تخت میگذرد، چندین بار بازتاب می‌شود و چند پرتوی عبوری دیگر تولید می‌کند که بوسیله ی لنز کانونی‌کننده در صفحه نمایش در نقطه Á جمع‌آوری می‌شود. طرح تداخلی تکمیل شده بشکل حلقه‌های هم مرکز در می‌آید. تیزی حلقه‌ها به بازتاب آینه‌ها بستگی دارد. اگر بازتاب زیاد باشد، در نتیجه زیاد بودن ضریب Q ، نور تک رنگ یک مجموعه از حلقه‌های باریک و نورانی در پس زمینه‌ای تاریک درست می‌کند. یک تداخل سنج فابری- پرو با ضریب بالای Q را دارای ظرافت بالا می نامند.

 

تداخل‌سنج فابری-پرو

 

کاربردهای تداخل سنج فابری- پرو

بیشترین کاربرد رایج تداخل سنج فابری- پرو استفاده در فیلترهای دورنگی می‌باشد، که در آن تعدادی از اتالون‌ها روی یک سطح اپتیکی بوسیله ی لایه نشانی تبخیری نشانده می‌شوند. 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 شبکه‌های ارتباط راه دور از تقسیم‌کننده‌های طول موج یا ترکیب‌کننده‌های اتالون از جنس سیلیکون ناخالص یا الماس استفاده می‌شود. الماس ماده‌ای مناسب برای ساختن اتالون است زیرا رسانش گرمایی بالا دارد ولی همچنان ضریب پخش پایین خود را حفظ می‌کند. در سال 2005 تعدادی از شرکت‌های تجهیزات ارتباط راه دور شروع به استفاده از اتالون‌های جامد که خود فیبر نوری نیز هستند کردند. تشدیدکننده‌های لیزری معمولاً به عنوان تشدیدکننده‌های فابری- پرو معرفی می‌شوند. لیزرهای نیمه رسانا گاهی اوقات از هندسه ی فابری- پرو استفاده می‌کنند، بخاطر سختی در لایه نشانی سطوح کوچک ته مدارها.

 

تداخل‌سنج فابری-پرو

 

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

δ

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

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

 

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

جایی که

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

 

 

{\displaystyle 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 می‌شود:

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

 

 

اطلاعات تکميلي