Кіріспе
Параллель айналы оптикалық құрылғы. Оптикада Фабри-Перо интерферометрі (FPI) немесе эталон – екі параллель жарық шағылыстыратын беттен (яғни, жұқа айналардан) жасалған оптикалық қуыс. Оптикалық толқындар оптикалық қуыстан тек оның резонанстық қасиеттеріне сәйкес келгенде ғана өте алады. Бұл құралды 1899 жылы жасаған Чарльз Фабри және Альфред Пероның есімімен аталған. "Эталон" сөзі француз тілінен келген, "өлшеу стандарты" немесе "эталон" деген мағынаны білдіреді. Эталон телекоммуникация, лазерлер және спектроскопия салаларында жарық толқындарының ұзындығын бақылау және өлшеу үшін кеңінен қолданылады. Дайындау технологиясындағы соңғы жетістіктер өте жоғары дәлдікпен реттелетін Фабри-Перо интерферометрлерін жасауға мүмкіндік береді. Егер екі бет арасындағы қашықтық (соның ішінде резонанс ұзындығы) өзгертілсе, құрылғы техникалық тұрғыдан интерферометр болып саналады, ал қашықтық тұрақты болса – эталон (дегенмен, екі термин де көбінесе бірін-бірі алмастырып қолданылады).
In optics, a Fabry–Pérot interferometer (FPI) or etalon is an optical cavity made from two parallel reflecting surfaces (i. e.: thin mirrors). Optical waves can pass through the optical cavity only when they are in resonance with it. It is named after Charles Fabry and Alfred Perot, who developed the instrument in 1899. Etalon is from the French étalon, meaning "measuring gauge" or "standard". Etalons are widely used in telecommunications, lasers and spectroscopy to control and measure the wavelengths of light. Recent advances in fabrication technique allow the creation of very precise tunable Fabry–Pérot interferometers. The device is technically an interferometer when the distance between the two surfaces (and with it the resonance length) can be changed, and an etalon when the distance is fixed (however, the two terms are often used interchangeably).
Негізгі сипаттама
Фабри-Перо интерферометрінің негізі – бір-біріне қарама-қарсы орналасқан, бір-бірінен микрометрден сантиметрге дейінгі арақашықтықта орналасқан, жартылай шағылыстыратын шыны оптикалық жазық қабаттар. (Балама ретінде, Fabry-Pérot эталоны екі параллель шағылыстыратын беті бар бір пластинаны пайдаланады.) Интерферометрдегі жазық қабаттар көбінесе артқы беттерінен кедергілік суреттерінің пайда болуын болдырмау үшін конус тәрізді пішінде жасалады; сондай-ақ, артқы беттерінде антирефлективті жабын болуы мүмкін. Типик жүйеде жарықтандыруды коллимациялық линзаның фокустық жазықтығында орналасқан диффузиялық көз қамтамасыз етеді. Егер жазық қабаттар болмаса, линза көздің кері суретін түсірер еді; көздің бір нүктесінен шыққан барлық жарық жүйелік бейне жазықтығының бір нүктесіне шоғырланады. Қоса берілген суретте көздің А нүктесінен шыққан бір сәуле ғана көрсетілген. Сәуле жұпталған жазық қабаттардан өткен кезде, ол көп рет шағылысып, бірнеше рет өткен сәулелерді тудырады, оларды шоғырландырушы линза жинап, экрандағы А' нүктесіне жеткізеді. Толық интерференциялық сурет концентрлі сақиналар жиынтығы түрінде көрінеді. Сақиналардың анықтығы жазық қабаттардың шағылыстыру қабілетіне байланысты. Шағылыстыру қабілеті жоғары болса, нәтижесінде Q факторы жоғары болады, монохроматикалық жарық қара фонда тар, жарқын сақиналар жиынтығын құрайды. Жоғары Q факторына ие Fabry-Pérot интерферометрі жоғары сезімталдыққа ие.
Телекоммуникациялар
Толқын ұзындығы бойынша мультиплекстеуді қолданатын телекоммуникациялық желілерде, қосымша және бөліп шығару мультиплекстерінде, кішкентай реттелген кварц немесе алмаз эталондарынан тұратын тізімдер болады. Бұл шамамен 2 мм қабырғалы, көлденең түсті кішкентай кубтар, олар жоғары дәлдікті талап ететін шағын тіреулерге орнатылады. Материалдар айналар арасындағы қашықтықты тұрақты ұстау және температура өзгерген кезде де жиіліктің тұрақты болуын қамтамасыз ету үшін таңдалады. Алмаз жоғары жылу өткізгіштігіне және төмен кеңею коэффициентіне ие болғандықтан артықшылыққа ие. 2005 жылы кейбір телекоммуникациялық жабдықтарды өндіруші компаниялар, оптикалық талшықтардан тұратын қатты эталондарды қолдана бастады. Бұл монтаждау, реттеу және салқындатумен байланысты көптеген қиындықтарды жояды.
Оптикалық аспаптар
Дихроидты сүзгілер оптикалық бетке будың конденсациясы арқылы эталондық қабаттардың сериясын жағу арқылы жасалады. Бұл оптикалық сүзгілер әдетте сіңіру сүзгілерімен салыстырғанда, шағылыстыру және өткізу жолақтарының дәлдігі жоғары болады. Дұрыс жобаланған жағдайда, олар сіңіру сүзгілеріне қарағанда салқындап жұмыс істейді, себебі қажетсіз толқын ұзындықтарын сіңірудің орнына шағылыстырады. Дихроидты сүзгілер жарық көздері, камералар, астрономиялық құралдар және лазерлік жүйелер сияқты оптикалық жабдықтарда кеңінен қолданылады. Оптикалық толқынөлшегіштер және кейбір оптикалық спектрлік талдағыштар жарықтың толқын ұзындығын жоғары дәлдікпен анықтау үшін әртүрлі еркін спектрлік диапазондарға ие Фабри-Перо интерферометрлерін пайдаланады. Лазерлік резонаторлар көбінесе Фабри-Перо резонаторлары деп сипатталады, бірақ көптеген лазер түрлері үшін бір күзгүнің шағылыстыру қабілеті 100%-ға жуық, бұл оны Гирес-Турне интерферометріне ұқсас етеді. Жартылай өткізгіш диодты лазерлер чиптің соңғы жақтарын қаптау қиын болғандықтан кейде нағыз Фабри-Перо геометриясын қолданады. Кванттық каскадты лазерлер белсенді аймақтың жоғары күшейтуіне байланысты, жарық шығаруды қамтамасыз ету үшін кез келген жақ қаптамаларынсыз Фабри-Перо қуыстарын жиі пайдаланады. Бір режимді лазерлерді құрастыру кезінде эталондар көбінесе лазерлік резонатордың ішіне орналастырылады. Эталонсыз лазер әдетте Фабри-Перо режимдеріне ұқсас бірнеше қуыс режимдеріне сәйкес толқын ұзындығы диапазонында жарық шығарады. Лазер қуысына дұрыс таңдалған нәзіктік пен еркін спектрлік диапазонды енгізу арқылы лазердің барлық қуыс режимдерін, біреуін қоспағанда, жоюға болады, осылайша лазердің жұмысын көп режимдіден бір режимдіге өзгертеді. Лазердің шығарылатын жарығының жиілігін тұрақтандыру үшін (механикалық дірілдерге немесе температура өзгерістеріне байланысты жиі ауытқитын) тұрақты Фабри-Перо интерферометрлері көбінесе қуыстың режиміне бекіту арқылы қолданылады. Қате сигналын жасау үшін көптеген техникалар бар, мысалы, кеңінен қолданылатын Паунд-Древер-Холл техникасы.
Спектроскопия
Фабри-Перо эталондары лазерлік сіңіру спектрометриясында, әсіресе қуыс сақинасы төмендеу техникаларында, өзара әрекеттесу ұзындығын ұзарту үшін қолданылуы мүмкін. Қалыңдығы арта түсетін эталонды спектроскопияны жүзеге асыру үшін сызықтық өзгермелі оптикалық сүзгі ретінде пайдалануға болады. Оны нанометрлік қалыңдықтағы жіңішке пленкалар арқылы өте кішкентай етуге болады. Фабри-Перо эталоны Зейман эффектісін байқауға қабілетті спектрометр жасау үшін қолданылады, мұнда спектрлік сызықтар тым жақын орналасқандықтан, оларды әдеттегі спектрометрмен ажырату мүмкін емес.
Астрономия
Астрономияда эталон суретке түсіру үшін бір атомдық ауысуды таңдауға қолданылады. Ең көп таралғаны – күннің H-альфа сызығы. Күннен Ca K сызығы да эталонды қолдану арқылы суреттеледі. Үндістанның "Мангальян" ғарыш кемесіндегі Марсқа арналған метан сенсоры (MSM) – Фабри-Перо құралының мысалы болып табылады. "Мангальян" ұшырылғанда ол ғарышқа жіберілген алғашқы Фабри-Перо құралы болды. Метаннан және көмірқышқыл газ бен басқа газдардан сіңірілетін сәулеленуді ажырата алмағандықтан, кейіннен альбедо карталағыш деп аталды. Гравитациялық толқындарды анықтау кезінде Фабри-Перо қуысы фотондарды айналар арасында жоғары-төмен секіріп бара жатқанда, шамамен бір миллисекундқа сақтауға қолданылады. Бұл гравитациялық толқынның жарықпен әрекеттесу уақытын ұзартады, нәтижесінде төмен жиіліктерде жақсы сезімталдыққа қол жеткізіледі. Бұл принципті LIGO және Virgo сияқты детекторлар қолданады, олар екі құрамында бірнеше километрлік Фабри-Перо қуысы бар Микельсон интерферометрінен тұрады. Негізгі лазердің кеңістіктік сүзгілеуі және жиілікті тұрақтандыру үшін көбінесе режимді тазалағыштар деп аталатын кішірек қуыстар қолданылады.