Interferometer

JAMIN Interferometer in Aufsicht mit Intensitätsverteilung der Interfernzstreifen

Zur Messung der Temperaturabhängikeit einzelner Brechwerte wird das abgebildete JAMIN- Interferometer [5] eingesetzt. Der Laser wird am ersten Spiegel in Referenz und Messstrahl aufgespalten. Der Polarisator garantiert, dass nur eine Schwingungsrichtung im Messkristall angeregt wird. Der zweite Spiegel führt die beiden Strahlen zur Interferenz zusammen. Die Interferenzstreifen werden durch das Objektiv aufgeweitet. Der Spalt steht parallel zu den Interfenzstreifen und blendet sie bis auf einen schmalen Teilbereich, wie die Intensitätsverteilung I(x) zeigt, aus. Die Messung basiert auf dem einfachen Abzählen der Interferenzstreifen die den Spalt aufgrund der Temperaturänderung des Messkristalls passieren. Zur Automation dieses Abzählens durchstrahlt der Referenzstrahl einen Quarz- Modulations- Kristall. Der Modulations- Kristall wird mit einer Wechselspannung betrieben. Dies führt aufgrund des elektrooptischen Effektes [3] zum hin und her Oszillieren der Interferenzstreifen. Gelangt durch den Spalt bei xo ein Bereich grosser Intensitätsänderung des Streifenmusters zur PIN- Diode, so liefert der Lock-In ein kräftiges Messsignal. Liegt dagegen gerade das Maximum oder Minimum des Streifenmusters über dem Spalt, so wird ein Null- Signal detektiert.

Das abgebildete Beispiel zeigt das Lock-In Messsignal über der Temperatur des Messkristalls aufgetragen. Der erste Teil zeigt eine stark abnehmende Amplitude, was eine Verzerrung des Streifenmusters bedeutet und damit zu falschen Ergebnissen führt. Der zweite Teil hat 10 Nulldurchgänge, was dem Durchwandern von 4 1/2 Streifen entspricht. Beim dritten Teil mit 18 Nullstellen sind 8 1/2 Streifen durchgewandert (n-1)/2. Um aus der daraus bestimmten Streifenzahl und zugehörigem Temperaturintervall die Brechwertänderung dnj/dT bestimmen zu können, muss noch die thermische Ausdehnung bekannt sein. Für die Gangunterschiedsänderung ergibt sich:

Eine Voraussetzung für dieses Messverfahren ist, dass die Interferenzstreifen sich bei Temperaturänderung am Messkristall stets parallel zum Spalt bewegen und nicht ihre Form verändern. Die Interferenzstreifen können z.B. durch eine anisotrope thermische Ausdehnung des Präparates oder bei Phasenumwandlungen gestört werden.

Eine weitere Voraussetzung ist, dass sich die Schnittellipse bei Temperaturänderung nicht verdrehen darf, weil sonst nicht mehr nur eine Hauptschwingungsrichtung im Kristall angeregt wird. Deshalb ist die Messmethode auf isotrope, optisch einachsige und orthorhombische Kristalle beschränkt.

Dieses Verfahren ermöglicht eine Bestimmung der thermischen Brechwertänderung mit einer Genauigkeit von etwa 2 · 10^-6 1/K.

Beispiel:

KDP bei nm
Temperatur- intervall in K	dn3/dT in 10-6 · 1/K
	Einzelwerte	Mittelwert
190-220	-22 bis -28	-26,0(5)
240-260	-25 bis -32	-28,8(11)
270-290	-25 bis -31	-30,2(6)
Literatur:
290-320		-25,4