DE19922783A1 - Vorrichtung und Verfahren zur optischen Spektroskopie - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur optischen Spektroskopie

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Varianten der Vorrichtungen und Verfahren zur optischen Spektroskopie gemäß des obengenannten Patents vom 09.04.1999, welche die Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtungen mit Hilfe eines optischen Resonators erhöhen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zusatz zur Patentanmeldung 199 16 072.4.
Erfindungsgemäß werden die im obengenannten Patent dargestellten interferome­ trischen Vorrichtungen derart ausgeführt oder weitergebildet, daß ein optischer Re­ sonator entsteht. Dies hat zur Folge, daß die Vorrichtungen oder Teile der Vorrich­ tungen mehrfach genutzt werden und die resultierenden Interferenzen durch Über­ lagerung 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.
Bei geeigneter Bearbeitung der jeweiligen Meßwerte kann so eine entsprechend höhere Genauigkeit bzw. spektrale Auflösung erreicht werden.
Die technische Ausführung des Resonators ist dabei von untergeordneter Bedeu­ tung. Neben einfachen Resonatoren mit nur zwei Bauelementen (Fig. 1) kommen alle Arten von Resonatoren insbesondere auch Ring-Kavitäten in Frage.
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).
Die Funktionsweise wird dargestellt anhand von Fig. 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 (Winkel ϕ), daß Licht einer bestimmten Wellenlänge λ zum Spiegel S zurück reflektiert wird [Gitterkon­ stante = λ/(2sin(ϕ))]. Der dort transmittierte Teil interferiert mit dem vom Spiegel ursprünglich reflektierten Licht.
Abhängig von der Effizienz des Gitters und den Reflektions- bzw. Transmissions­ koeffizienten des Spiegels treten mehrfachreflektierte Strahlen unterschiedlicher Intensität auf, welche die resultierenden Interferenzmuster in der oben dargestellten Weise beeinflussen. Die relative Phasenlage der Teilstrahlen kann durch geeignete Verschiebung von S beeinflußt werden.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des vorgenannten Funktionsprinzips. Der Re­ sonator wird durch die Elemente S1 und G gebildet. Die Wellenlänge des Resona­ tors kann durch Drehung des Gitters G verändert werden, die relative Phasenlage der Teilstrahlen kann durch geeignete Verschiebung von S1 beeinflußt werden. Über einen zweiten Strahlteiler S2 wird das Interferenzmuster zum ortsauflösenden Detektor CCD geführt. Mit E ist die Eintrittsblende und mit A die Aperturblende be­ zeichnet. L ist ein Kollimator.
Fig. 3 zeigt ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel. Hier wird die 0-te Beugungsordnung des Gitters, d. h. der ungebeugt reflektierte Teil des Lichtes zum ortsauflösenden Detektor (CCD) geführt.
Soweit auf eine Kontrolle der relativen Phasenlage verzichtet werden kann, bildet eine Ausführung nach Fig. 4 eine vorteilhafte Anordnung. Hier sind Gitter G und Spiegel S auf einem im Querschnitt ein Dreieck bildenden Glasträger angeordnet (Fig. 4).
Besonders vorteilhaft kann es sein, das Beugungsgitter G in Segmente unter­ schiedlicher Gitterkonstanten zu unterteilen (Fig. 5), oder Beugungsstrukturen zu verwenden, die nicht periodisch sind.
In einer weiteren Ausführung (Fig. 6) wird die optische Weglänge d absichtlich ver­ größert und wahlweise variabel gehalten. Die Interferenzen werden dann auf Kom­ ponenten des einfallenden Lichtes mit entsprechend hoher Kohärenzlänge bzw. kleiner Bandbreite begrenzt (abhängig von der Weglänge d).
Bei geeigneter Auswertung der Meßwerte abhängig von d können, insbesondere bei hoher Effizienz des Gitters G und hohem Reflexionskoeffizienten von S sehr hohe spektrale Auflösungen erzielt werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 der Patentan­ meldung 199 16 072.4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung oder Teile der Vorrichtung einen optischen Resonator bilden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere wellenlängenabhängige Elemente im Inneren des Resonators angeordnet sind oder mindestens ein Element des Resonators wellenlängenabhängig ausgeführt ist.
3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung oder Teile der Vorrichtung mehr­ fach ausgeführt sind.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Differenz der optischen Weglängen der zur Interferenz gebrachten Strahlen verändert werden kann.
5. Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 als optisches Spektrometer.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 17 der Patentan­ meldung 199 16 072.4 unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4.
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