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Polski🔭 Fabry-Pérot-Interferometer
Simulieren Sie ein Fabry-Pérot-Etalon: resonante Transmissionspeaks, freier Spektralbereich (FSR), Finesse und wie die Spiegelreflektivität die Kavitätsmoden formt.
Über diese Simulation
Dieses Modell bildet die Mehrstrahl-Interferenz nach, die in einem Fabry-Pérot-Etalon auftritt: zwei parallele, teilweise reflektierende Spiegel, zwischen denen Licht hin- und herspringt, bis es entweder als scharfer Transmissionspeak entweicht oder zurückreflektiert wird. Die Airy-Funktion bestimmt die Form jedes Peaks, während allein die Reflektivität entscheidet, wie schmal diese Peaks werden.
🔬 Was gezeigt wird
Das live nach der Airy-Formel gezeichnete Transmissionsspektrum T(λ) neben dem stehenden Wellenmuster zwischen den beiden Spiegeln nahe Resonanz. Die Farbe der Strahlen und des Spektrumfelds spiegelt den echten sichtbaren Farbton der gewählten Wellenlänge wider.
🎮 Bedienung
Ziehen Sie an Spiegelreflektivität R, Kavitätslänge L, Brechungsindex n und Wellenlänge λ. Beobachten Sie, wie sich Finesse, FSR, FWHM, T(λ) und die Modenordnung m sofort aktualisieren.
💡 Wussten Sie schon?
Fabry-Pérot-Kavitäten mit ultrahoch reflektierenden Spiegeln bilden die Grundlage von Gravitationswellendetektoren wie LIGO, wo Finesse-Werte in Hunderttausenden es Laserlicht erlauben, Hunderte Umläufe zu machen, bevor es entweicht.
Häufig gestellte Fragen
Warum werden die Transmissionspeaks mit steigendem R schmaler?
Der Finesse-Koeffizient F = 4R/(1−R)² wächst sehr schnell, wenn R sich 1 nähert, was den Nenner der Airy-Funktion abseits der Resonanz stark erhöht, während der Peak selbst bei T = 1 bleibt. Das schmälert die Linienbreite, sodass ein Anheben des Reglers von 0,90 auf 0,999 breite Buckel in messerscharfe Spitzen verwandelt.
Was bestimmt den Abstand zwischen benachbarten Peaks?
Der freie Spektralbereich, FSR = λ²/(2nL), legt diesen Abstand fest. Eine Erhöhung der Kavitätslänge L oder des Brechungsindex n packt mehr Resonanzordnungen in dasselbe Wellenlängenfenster und verkleinert den FSR, während eine kürzere Kavität die Peaks weiter auseinanderzieht.
Warum ändert sich die Modenordnung m, wenn ich die Regler bewege?
Die Ordnung m ist einfach die nächste ganze Zahl zu 2nL/λ, die Anzahl der Halbwellenlängen, die in einen Umlauf passen. Änderungen von L, n oder λ verschieben dieses Verhältnis kontinuierlich, sodass m zwischen ganzen Zahlen springt, während die Kavität aufeinanderfolgende Resonanzen durchläuft.
Warum wird der Kavitätsglanz heller und dunkler, wenn ich den Wellenlängen-Regler ziehe?
Die Glanzintensität ist direkt an die momentane Transmission T(λ) aus der Airy-Funktion gekoppelt. Nahe einer Resonanz steigt T gegen 1 und die Kavität erscheint hell; zwischen Resonanzen fällt T gegen null und der Glanz verschwindet fast völlig.
Wie hängt die Finesse mit FSR und FWHM zusammen?
Die Finesse ist definiert als das Verhältnis von freiem Spektralbereich zu Peak-Linienbreite, F = FSR/FWHM. Sie ist ein dimensionsloses Maß dafür, wie viele auflösbare Peaks theoretisch in einen FSR passen würden, und die Simulation berechnet sie direkt aus der Spiegelreflektivität als π√R/(1−R).