DE19922782B4

DE19922782B4 - Apparatus and method for optical spectroscopy

Info

Publication number: DE19922782B4
Application number: DE1999122782
Authority: DE
Inventors: Thilo Weitzel
Original assignee: CAMPUS TECHNOLOGIES AG
Current assignee: OPTEGON AG, CH
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2019-05-19
Also published as: DE19922782A1; DE19933291A1

Abstract

Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 des Patents DE 198 01 469 , dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen optischen Resonator bildet.Device according to one or more of claims 1 to 17 of the patent DE 198 01 469 , characterized in that the device forms an optical resonator.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zusatz zu dem deutschen Patent DE 198 01 469 .The invention relates to an addition to the German patent DE 198 01 469 ,

Erfindungsgemäß werden die im obengenannten Patent dargestellten interferometrischen Vorrichtungen derart ausgeführt oder weitergebildet, daß ein optischer Resonator entsteht. Dies hat zur Folge, daß die Vorrichtungen mehrfach genutzt wird und die resultierenden Interferenzen durch Überlagerung mehrerer, gegebenenfalls sehr vieler, Teilstrahlen gebildet werden. Eine derartige Überlagerung vieler Teilstrahlen zeigt, verglichen mit der entsprechenden Zweistrahl-Interferenz, gegebenenfalls sehr viel schärfere Minima bzw. Maxima der Intensität.According to the invention the interferometric devices shown in the aforementioned patent executed in such a way or further that one optical resonator arises. This has the consequence that the devices is used repeatedly and the resulting interference by overlay several, possibly very many, partial beams are formed. Such a superposition of many Partial beams shows, compared with the corresponding two-beam interference, possibly much sharper Minima or maxima of the intensity.

Bei geeigneter Bearbeitung der jeweiligen Meßwerte und/oder geeigneter Modulation der Phasenlage oder der Differenz der optischen Weglängen kann so eine entsprechend höhere Genauigkeit bzw. spektrale Auflösung erreicht werden.at suitable processing of the respective measured values and / or suitable Modulation of the phase angle or the difference of the optical path lengths can such a corresponding higher Accuracy or spectral resolution be achieved.

Die technische Ausführung des Resonators ist dabei von untergeordneter Bedeutung. Neben einfachen Resonatoren mit nur zwei Bauelementen (1) kommen alle Arten von Resonatoren insbesondere auch Ring-Kavitäten in Frage.The technical design of the resonator is of minor importance. In addition to simple resonators with only two components ( 1 ) are all types of resonators in particular ring cavities in question.

Besonders vorteilhaft sind Ausführungen bei denen mindestens ein Element des Resonators als wellenlängenabhängiges Element ausgeführt ist oder bei denen sich ein wellenlängenabhängiges Element im Inneren des Resonators befindet (oder beides).Especially advantageous embodiments in which at least one element of the resonator as a wavelength-dependent element accomplished or in which a wavelength-dependent element inside the Resonator is located (or both).

Die Funktionsweise wird dargestellt anhand von 1):
Der Strahlteiler wird gebildet durch einen halbdurchlässigen Spiegel S, der einen Teil des Lichtes reflektiert. Das wellenlängenabhängige Element ist im Beispiel als Gitter G ausgeführt und derart dimensioniert und angeordnet, daß Licht einer bestimmten Wellenlänge λ zum Spiegel S zurück reflektiert wird [Gitterkonstante = λ/(2sin(φ))]. Der dort transmittierte Teil interferiert mit dem vom Spiegel ursprünglich reflektierten Licht.The mode of operation is illustrated by 1 ):
The beam splitter is formed by a semitransparent mirror S, which reflects part of the light. The wavelength-dependent element is designed in the example as a grid G and dimensioned and arranged such that light of a certain wavelength λ is reflected back to the mirror S [lattice constant = λ / (2sin (φ))]. The part transmitted there interferes with the light originally reflected by the mirror.

Abhängig von der Effizienz des Gitters und den Reflektions- bzw. Transmissionskoeffizienten des Spiegels treten mehrfachreflektierte Strahlen unterschiedlicher Intensität auf, welche die resultierenden Interferenzmuster in der oben dargestellten Weise beeinflussen.Depending on the efficiency of the grating and the reflection or transmission coefficients of the Mirror occur multiply reflected rays of different intensity on which the resulting interference patterns in the above Influence way.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des vorgenannten Funktionsprinzips. Der Resonator wird durch die Elemente S1 und G gebildet. Die Wellenlänge des Resonators kann durch Drehung des Gitters G verändert werden, die relative Phasenlage der Teilstrahlen kann durch geeignete Verschiebung von S1 beeinflußt werden. Das entsprechend der Phasenlage modulierte Interferenzsignal wird über einen weiten Strahlteiler S2 und eine Linse L2 zum Detektor Sig. geführt. Mit E ist die Eintritts- und mit A die Aperturblende bezeichnet. L ist ein Kollimator. 2 shows an embodiment of the aforementioned functional principle. The resonator is formed by the elements S1 and G. The wavelength of the resonator can be changed by rotation of the grating G, the relative phase of the partial beams can be influenced by suitable displacement of S1. The interference signal modulated in accordance with the phase position is conducted to the detector Sig. Via a wide beam splitter S2 and a lens L2. E is the entrance aperture and A is the aperture diaphragm. L is a collimator.

3 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel. Hier wird die 0-te Beugungsordnung des Gitters, d. h. der ungebeugt reflektierte Teil des Lichtes zum Detektor geführt. 3 shows an advantageous embodiment. Here, the 0th diffraction order of the grating, ie the unbent-reflected part of the light is guided to the detector.

Besonders vorteilhaft kann es sein, Teile der Vorrichtung mit Hilfe von faseroptischen Lichtleitern F zu realisieren (4). In diesem Ausführungsbeispiel bezeichnet Ref. einen zweiten Detektor, der ein Referenzsignal aufzeichnet.It may be particularly advantageous to realize parts of the device with the aid of fiber optic light guides F ( 4 ). In this embodiment Ref. Denotes a second detector which records a reference signal.

In einer weiteren Ausführung (5) wird die optische Weglänge d vergrößert oder variabel gehalten. Die Interferenzen werden dann auf Komponenten des einfallenden Lichtes mit entsprechend hoher Kohärenzlänge bzw. kleiner Bandbreite begrenzt.In a further embodiment ( 5 ), the optical path length d is increased or kept variable. The interferences are then limited to components of the incident light with a correspondingly high coherence length or small bandwidth.

Bei geeigneter Auswertung der Meßwerte abhängig von d können, insbesondere bei hoher Effizienz des Gitters G und hohem Reflektionskoeffizienten von S sehr hohe spektrale Auflösungen erzielt werden.at suitable evaluation of the measured values depends on d can, especially with high efficiency of the grating G and high reflection coefficient from S very high spectral resolutions be achieved.

Claims

Device according to one or more of claims 1 to 17 of the patent DE 198 01 469 , characterized in that the device forms an optical resonator.

Device according to claim 1, characterized in that the existence or more wavelength-dependent elements are arranged inside the resonator or at least one element of the resonator is carried out wavelength-dependent.

Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that Device or parts of the device are executed several times.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized that the Difference of the optical path lengths the radiation brought to the interference can be changed.

Use of a device according to one or more the claims 1 to 4 as optical spectrometer.

Use of a device according to one or more the claims 1 to 5 as an optical receiver.