Efisica

Analisador de espectro óptico

 


Em todo o mundo, os lasers são amplamente empregados em diversas áreas do conhecimento humano. Durante sua utilização, principalmente no desenvolvimento de ciência e tecnologia, vários fatores influenciam a eficácia e precisão de uma determinada técnica. O comprimento de onda da luz do laser está sempre sujeito a pequenas variações devido a flutuações térmicas do ambiente, variações na tensão de alimentação, ruídos acústicos etc. Para que se possa corrigir, ou pelo menos monitorar, as variações de comprimento de onda de lasers, é necessária a utilização de instrumentos ópticos com alto poder de resolução, capazes de distinguir frequências bem próximas. Este tipo de instrumento é o analisador de espectro óptico, que consiste de um interferômetro de Fabry-Perot confocal, cujo tamanho da cavidade é alterado por meio de um transdutor piezoelétrico, como mostra a Fig. 7.13.

 

 

Fig. 7.13 - Vista esquemática do analisador de espectro óptico.


O principio de funcionamento do interferômetro de Fabry-Perot foi discutido na seção anterior, onde encontramos que sua transmissão é dada pela função de Ary:

(7.40)

onde I0 é a intensidade da luz incidente, F é a finesse da cavidade óptica e d= 4pvd/c é a fase ganha pela onda ao efetuar uma volta completa na cavidade. A expressão acima é válida para uma onda plana incidindo normalmente num interferômetro de espelhos planos, separados por uma distância d. Num caso real, o feixe é gaussiano e os espelhos são esféricos, porém, o formato da curva é essencialmente o mesmo, exceto pela fase d, que no caso do interferômetro confocal passa a ser a metade.
A finesse caracteriza a qualidade da cavidade; quanto maior ela for, menor a largura dos picos de intensidade e maior o poder de resolução do interferômetro. Vemos da expressão para F que a finesse depende da refletividade dos espelhos, de maneira que quanto maior a refletividade, maior a finesse. Na prática, outros fatores são importantes na determinação de F, apesar da refletividade continuar sendo o termo principal. Estes outros fatores são: irregularidade nas superfícies, desalinhamento dos espelhos, perdas por absorção e por difração.
Se a distância entre os espelhos for variada continuamente por meio de um transdutor piezoelétrico, a intensidade medida pelo detetor apresentará um perfil como o mostrado pela linha cheia da Fig. 7.14. Se o laser apresentar outro modo, de frequência v', a ele corresponderá outro função de Airy, mostrada pela linha tracejada da Fig. 7.14. A distância entre picos consecutivos ( no caso da cavidade confocal) é chamado de intervalo espectral livre (free spectral range) que em geral é da ordem de GHz. O espectro repete-se periodicamente em cada intervalo espectral livre. A finesse é definida como , onde é a largura de linha mostrada na Fig. 7.14.

Fig. 7.14 - Funções de Airy para as frequências e '.

 

 

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