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Lexikon der Physik: Fabry-Pérot-Interferometer

Fabry-Pérot-Interferometer, ein um 1900 von C. Fabry und J.-B. Pérot entwickeltes Interferometer zur Spektroskopie, das die die Vielstrahlinterferenz ausnutzt. Das Interferometer besteht aus entweder aus zwei Glasplatten, die parallel mit einem schmalen Luftspalt dazwischen angeordnet sind, oder aus einem an zwei Seiten plan geschliffenen Glasblock. Besonders für letzteres wird auch die Bezeichnung Etalon (Fabry-Pérot-Etalon) verwendet. Der Plattenabstand kann im ersten Fall zum Einstellen der Wellenlänge variiert werden. Die reflektierenden Platten müssen eine sehr hohe Planität aufweisen (Abweichungen kleiner als λ / 20) und werden häufig zusätzlich verspiegelt.

Das Licht tritt in das Interferometer durch die erste Glasplatte ein und wird dann zwischen der ersten und zweiten Platte (bzw. den Seiten des Glasblocks) mehrfach reflektiert. Ein kleiner Teil des Lichts tritt bei jeder (Teil-)Reflexion aus dem Interferometer aus und kann durch eine geeignete Linsenkombination abgebildet werden.

Untersucht man eine ausgedehnte monochromatische Lichtquelle mit einem Fabry-Pérot-Interferometer, dann erhält man das typische Fabry-Pérot-Ringsystem: konzentrische helle Interferenzringe, die nach außen schmaler werden und an Intensität verlieren. Alle Punkte der Lichtquelle, die nicht auf der optischen Achse liegen, werden das Interferometer mit unterschiedlichen Winkeln β ≠ 0 durchlaufen. Für alle Winkel βm, für die der Wegunterschied einem ganzzahligen Vielfachen der Wellenlänge entspricht, kommt es zur konstruktiven Interferenz, und man erhält man für den m-ten Ring (von innen) die Interferenzbedingung



, m = 1, 2, 3, ...m0λ ist hier der Gangunterschied des innersten Rings. Aus den gemessenen Radien der Interferenzringe kann man schließlich die Wellenlänge bestimmen.

Die Transmission von Licht durch ein Fabry-Pérot-Interferometer ist abhängig von der Wellenlänge des Lichtes, der Dicke d des Etalons (bzw. dem Abstand der reflektierenden Oberflächen), der Brechzahl n des Etalonmaterials (n = 1 für das Etalon aus zwei getrennten Glasplatten) und dem Winkel Θ, in dem die planparallelen Oberflächen zum Strahl stehen, und läßt sich nach der Formel



berechnen, wobei δ eine Abkürzung für



ist. Die Transmissionskurve wird üblicherweise in Abhängigkeit von der Wellenlänge und vom Winkel aufgetragen. Die Form der Transmissionskurve ist eine Airy-Funktion. Das Verhältnis von Transmissionsmaxima (Tmax = 1) und Transmissionsminima wird Kontrast genannt und ist eine Maßzahl dafür, wie gut die Transmissionsminima gegenüber den Maxima unterdrückt sind; der Kontrast K eines Etalons berechnet sich zu



Der Abstand zweier Maxima wird als freier Spektralbereich (FSR) angegeben und ist von der Dicke des Etalons abhängig,



Das Verhältnis des freien Spektralbereichs zur Linienbreite δλ der Transmissionsmaxima heißt Finesse F des Etalons und ist von der Reflektivität der Oberflächen abhängig. Es gilt



wobei r die Reflektivität einer einzelnen Oberfläche ist. Oft findet man für die Finesse die Näherungsformel



die für r ≥ 0,5 Ergebnisse im Rahmen eines Fehlers von ca. 10-20 % liefert.

Das Auflösungsvermögen λ / Δλ kann mit Hilfe der Airy-Formeln berechnet werden:



und liegt meist bei mehr als 1 000 000.

Das Fabry-Pérot-Interferometer mit zwei separaten Platten als kann auch als Laserresonator verwendet werden (Fabry-Pérot-Resonator). [MG2, PVDH, RS2]



Fabry-Pérot-Interferometer: Funktionsschema eines Fabry-Pérot-Interferometers.

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Helmut Milde, Dresden [HM1] (A) (09; Essay Akustik)
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Dr. Andreas Müller, Kiel [AM2] (A) (33; Essay Alltagsphysik)
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In eckigen Klammern steht das Autorenkürzel, die Zahl in der runden Klammer ist die Fachgebietsnummer; eine Liste der Fachgebiete findet sich im Vorwort.

Markus Aspelmeyer, München [MA1] (A) (20)
Dr. Katja Bammel, Cagliari, I [KB2] (A) (13)
Doz. Dr. Hans-Georg Bartel, Berlin [HGB] (A) (02)
Steffen Bauer, Karlsruhe [SB2] (A) (20, 22)
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Jochen Büttner, Berlin [JB] (A) (02)
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Karl Eberl, Stuttgart [KE] (A) (Essay Molekularstrahlepitaxie)
Dr. Dietrich Einzel, Garching [DE] (A) (20)
Dr. Wolfgang Eisenberg, Leipzig [WE] (A) (15)
Dr. Frank Eisenhaber, Wien [FE] (A) (27)
Dr. Roger Erb, Kassel [RE1] (A) (33; Essay Optische Erscheinungen der Atmosphäre)
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Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmern [AFM] (A) (16, 26)
Stephan Fichtner, Heidelberg [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Freiburg [TF3] (A) (10, 15; Essay Perkolationstheorie)
Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
Dr. Harald Fuchs, Münster [HF] (A) (Essay Rastersondenmikroskopie)
Dr. Thomas Fuhrmann, Mannheim [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Hannover [CF] (A) (07)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Michael Gerding, Kühlungsborn [MG2] (A) (13)
Prof. Dr. Gerd Graßhoff, Bern [GG] (A) (02)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Weinheim [UG] (A) (13)
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Gunther Hadwich, München [GH] (A) (20)
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Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
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Florian Herold, München [FH] (A) (20)
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Dr. Ulrich Kilian, Heidelberg [UK] (A) (19)
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Dr. Achim Knoll, Karlsruhe [AK1] (A) (20)
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Dr. Bernd Krause, München [BK1] (A) (19)
Dr. Jens Kreisel, Grenoble [JK2] (A) (20)
Dr. Gero Kube, Mainz [GK] (A) (18)
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Marita Milde, Dresden [MM2] (A) (12)
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Dr. Nikolaus Nestle, Leipzig [NN] (A, B) (05, 20; Essays Molekularstrahlepitaxie, Ober- und Grenzflächenphysik und Rastersondenmikroskopie)
Dr. Thomas Otto, Genf [TO] (A) (06)
Dr. Ulrich Parlitz, Göttingen [UP1] (A) (11)
Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, Mexico [OP] (A) (30)
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Dr. Andrea Quintel, Stuttgart [AQ] (A) (Essay Nanoröhrchen)
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Dr. Max Rauner, Weinheim [MR3] (A) (15; Essay Quanteninformatik)
Robert Raussendorf, München [RR1] (A) (19)
Ingrid Reiser, Manhattan, USA [IR] (A) (16)
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Matthias Schemmel, Berlin [MS4] (A) (02)
Michael Schmid, Stuttgart [MS5] (A) (Essay Nanoröhrchen)
Dr. Martin Schön, Konstanz [MS] (A) (14)
Jörg Schuler, Taunusstein [JS1] (A) (06, 08)
Dr. Joachim Schüller, Dossenheim [JS2] (A) (10)
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Rolf vom Stein, Köln [RVS] (A) (29)
Patrick Voss-de Haan, Mainz [PVDH] (A) (17)
Dr. Thomas Wagner, Heidelberg [TW2] (A) (29)
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Steffen Bauer, Karlsruhe [SB2] (A) (20, 22)
Dr. Günther Beikert, Viernheim [GB1] (A) (04, 10, 25)
Prof. Dr. Hans Berckhemer, Frankfurt [HB1] (A, B) (29; Essay Seismologie)
Dr. Werner Biberacher, Garching [WB] (B) (20)
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Prof. Dr. Helmut Bokemeyer, Darmstadt [HB2] (A, B) (18)
Dr. Thomas Bührke, Leimen [TB] (A) (32)
Jochen Büttner, Berlin [JB] (A) (02)
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Prof. Dr. Martin Dressel, Stuttgart (A) (Essay Spindichtewellen)
Dr. Michael Eckert, München [ME] (A) (02)
Dr. Dietrich Einzel, Garching (A) (Essay Supraleitung und Suprafluidität)
Dr. Wolfgang Eisenberg, Leipzig [WE] (A) (15)
Dr. Frank Eisenhaber, Wien [FE] (A) (27)
Dr. Roger Erb, Kassel [RE1] (A) (33)
Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmern [AFM] (A) (16, 26)
Stephan Fichtner, Heidelberg [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Freiburg [TF3] (A) (10, 15)
Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
Dr. Thomas Fuhrmann, Mannheim [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Hannover [CF] (A) (07)
Frank Gabler, Frankfurt [FG1] (A) (22)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Prof. Dr. Henning Genz, Karlsruhe [HG2] (A) (Essays Symmetrie und Vakuum)
Dr. Michael Gerding, Potsdam [MG2] (A) (13)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Weinheim [UG] (A) (13)
Gunther Hadwich, München [GH] (A) (20)
Dr. Andreas Heilmann, Halle [AH1] (A) (20, 21)
Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
Dr. Marc Hemberger, Heidelberg [MH2] (A) (19)
Dr. Sascha Hilgenfeldt, Cambridge, USA (A) (Essay Sonolumineszenz)
Dr. Hermann Hinsch, Heidelberg [HH2] (A) (22)
Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin [DH2] (A, B) (02)
Dr. Gert Jacobi, Hamburg [GJ] (B) (09)
Renate Jerecic, Heidelberg [RJ] (A) (28)
Prof. Dr. Josef Kallrath, Ludwigshafen [JK] (A) (04)
Priv.-Doz. Dr. Claus Kiefer, Freiburg [CK] (A) (14, 15)
Richard Kilian, Wiesbaden [RK3] (22)
Dr. Ulrich Kilian, Heidelberg [UK] (A) (19)
Thomas Kluge, Jülich [TK] (A) (20)
Dr. Achim Knoll, Karlsruhe [AK1] (A) (20)
Dr. Alexei Kojevnikov, College Park, USA [AK3] (A) (02)
Dr. Bernd Krause, München [BK1] (A) (19)
Dr. Gero Kube, Mainz [GK] (A) (18)
Ralph Kühnle, Heidelberg [RK1] (A) (05)
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Dr. Anton Lerf, Garching [AL1] (A) (23)
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Priv.-Doz. Dr. Axel Lorke, München [AL] (A) (20)
Prof. Dr. Jan Louis, Halle (A) (Essay Stringtheorie)
Dr. Andreas Markwitz, Lower Hutt, NZ [AM1] (A) (21)
Holger Mathiszik, Celle [HM3] (A) (29)
Dr. Dirk Metzger, Mannheim [DM] (A) (07)
Dr. Rudi Michalak, Dresden [RM1] (A) (23; Essay Tieftemperaturphysik)
Günter Milde, Dresden [GM1] (A) (12)
Helmut Milde, Dresden [HM1] (A) (09)
Marita Milde, Dresden [MM2] (A) (12)
Prof. Dr. Andreas Müller, Trier [AM2] (A) (33)
Prof. Dr. Karl Otto Münnich, Heidelberg (A) (Essay Umweltphysik)
Dr. Nikolaus Nestle, Leipzig [NN] (A, B) (05, 20)
Dr. Thomas Otto, Genf [TO] (A) (06)
Priv.-Doz. Dr. Ulrich Parlitz, Göttingen [UP1] (A) (11)
Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, Mexico [OP] (A) (30)
Dr. Roland Andreas Puntigam, München [RAP] (A) (14)
Dr. Gunnar Radons, Mannheim [GR1] (A) (01, 02, 32)
Dr. Max Rauner, Weinheim [MR3] (A) (15)
Robert Raussendorf, München [RR1] (A) (19)
Ingrid Reiser, Manhattan, USA [IR] (A) (16)
Dr. Uwe Renner, Leipzig [UR] (A) (10)
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Dr. Peter Oliver Roll, Ingelheim [OR1] (A, B) (15)
Hans-Jörg Rutsch, Walldorf [HJR] (A) (29)
Rolf Sauermost, Waldkirch [RS1] (A) (02)
Matthias Schemmel, Berlin [MS4] (A) (02)
Prof. Dr. Erhard Scholz, Wuppertal [ES] (A) (02)
Dr. Martin Schön, Konstanz [MS] (A) (14; Essay Spezielle Relativitätstheorie)
Dr. Erwin Schuberth, Garching [ES4] (A) (23)
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Dr. Thomas Volkmann, Köln [TV] (A) (20)
Rolf vom Stein, Köln [RVS] (A) (29)
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