Новости

Jan 15, 2024

Ультратонкий пикомасштабный интерферометр белого света

Scientific Reports, том 12, номер статьи: 8656 (2022) Цитировать эту статью 1810 Доступ Детали метрики Интерферометрия белого света — хорошо зарекомендовавший себя метод с различной точностью.

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 8656 (2022) Цитировать эту статью

1810 Доступов

Подробности о метриках

Интерферометрия белого света — это хорошо зарекомендовавший себя метод, имеющий разнообразные прецизионные применения, однако обычные интерферометры, такие как Майкельсон, Маха-Цендер или Линник, имеют большие размеры, требуют утомительной настройки для получения полос белого света, требуют методов шумоизоляции для достижения суб-интерферометрии белого света. нанометрическую стабильность и, что немаловажно, демонстрируют несбалансированную дисперсию, вызывающую неопределенность в отношении абсолютной нулевой задержки. Здесь мы демонстрируем ультратонкий интерферометр белого света, обеспечивающий разрешение пикометра за счет разделения волнового фронта широкополосного некогерентного светового луча после прохождения через пару одинаковых стеклянных пластин микрометровой толщины. Пространственное перекрытие между двумя дифрагированными разделенными волновыми фронтами легко создает высококонтрастные и стабильные полосы белого света с однозначной привязкой к абсолютному нулевому положению задержки на пути. Цветные полосы появляются, когда одна из ультратонких пластин вращается для настройки интерферометра с пикометрическим разрешением в диапазоне десятков мкм. Наш теоретический анализ подтверждает образование полос и подчеркивает самокалибровку интерферометра для пикомасштабных измерений. Мы демонстрируем измерение длины когерентности нескольких широкополосных некогерентных источников размером всего несколько микрометров с пикомасштабным разрешением. Кроме того, мы предлагаем универсальную двухпроходную конфигурацию с использованием ультратонкого интерферометра, позволяющую использовать полость образца для дополнительных применений при исследовании динамических свойств материи.

Интерферометры белого света являются ключевыми инструментами для неинвазивного и бесконтактного измерения топографии поверхности с помощью вертикальной сканирующей интерферометрии, определения характеристик тонких пленок, измерения дисперсии оптических компонентов и для характеристики свойств когерентности оптических источников1,2,3,4,5, 6,7. Интерферометры белого света обычно основаны либо на разделении по амплитуде, либо на разделении по волновому фронту светового луча8. Чтобы получить интерференцию белого света с помощью таких интерферометров, оптическая разность хода (OPD) между двумя его плечами должна быть согласована в пределах длины когерентности широкополосного источника, которая обычно составляет несколько оптических циклов9,10. Интерферометры на основе амплитудного деления, такие как установки Майкельсона, Маха-Цендера, Мирау или Линника8,11, представляют собой многокомпонентные системы, в которых становится сложно добиться повторяемой автоматической привязки к положению абсолютной нулевой задержки. Кроме того, интерферометр должен быть стабилизирован против различных акустических, механических или других шумов с использованием активных или пассивных подходов, что делает эти системы большими по размеру и требует утомительной настройки. Хотя пикомасштабное разрешение было продемонстрировано ранее с помощью компактных лазерных интерферометров, сканированных с помощью пьезотрансляционных ступеней12,13,14, в немногих работах удалось достичь пикомасштабного разрешения и стабильности с помощью интерферометра белого света. Кроме того, для проведения количественных измерений важно сбалансировать дисперсию материала в интерферометре белого света наряду с однозначным указанием на абсолютную нулевую разность хода, что затруднительно для традиционных конструкций. Положение задержки нулевого пути является важным эталоном интерферометра и обычно оценивается с использованием анализа во временной области, например, метода амплитуды огибающей с использованием интерферограмм белого света15.

Ранее интерферометры с разделением волнового фронта, такие как классический двойной щелевой Юнга или бипризма Френеля, использовались для получения полос статического белого света, однако без особых возможностей настройки8,16,17. Хотя были разработаны перестраиваемые интерферометры, использующие разделение волнового фронта с помощью плоских, сферических или тороидальных разделенных зеркал или ультратонких стеклянных пластин, они в основном использовались с когерентными сверхбыстрыми импульсами в качестве оптических линий задержки для спектроскопии накачки-зонда18. Конструкции на основе разделенных зеркал не позволяют напрямую создавать интерферограммы белого света с некогерентным светом из-за внутренней микромасштабной длины когерентности широкополосных источников света, флуктуаций длины пути интерферометра и отсутствия пикомасштабной настройки. Можно задаться вопросом, возможно ли разработать компактный и настраиваемый интерферометр белого света с расщеплением волнового фронта, обеспечивающий пикомасштабную стабильность и разрешение с однозначной ссылкой на абсолютную задержку нулевого пути.