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Jan 15, 2024

초박형 피코스케일 백색광 간섭계

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 8656(2022) 이 기사 인용 1810 Accesses Metrics 세부 정보 백색광 간섭계는 다양한 정밀도를 갖춘 잘 확립된 기술입니다.

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 8656(2022) 이 기사 인용

1810 액세스

측정항목 세부정보

백색광 간섭계는 다양한 정밀 응용 분야에서 잘 확립된 기술이지만 Michelson, Mach-Zehnder 또는 Linnik과 같은 기존 간섭계는 크기가 크고 백색광 무늬를 얻기 위해 지루한 정렬이 필요하며 하위 간섭을 달성하려면 잡음 격리 기술이 필요합니다. 나노미터적 안정성과 중요하게도 절대 제로 지연 기준의 불확실성을 유발하는 불균형 분산을 나타냅니다. 여기에서는 한 쌍의 마이크로미터 두께의 동일한 유리판을 통해 전송된 후 광대역 비간섭성 광선의 파면 분할을 활용하여 피코미터 해상도를 가능하게 하는 초박형 백색광 간섭계를 시연합니다. 두 개의 회절된 분할 파면 사이의 공간적 중첩은 절대 0 경로 지연 위치에 대한 명확한 참조와 함께 고대비와 안정적인 백색광 줄무늬를 쉽게 생성합니다. 수십 μm 범위의 피코메트릭 분해능으로 간섭계를 조정하기 위해 초박판 중 하나를 회전할 때 컬러 무늬가 진화합니다. 우리의 이론적 분석은 무늬의 형성을 검증하고 피코스케일 측정을 위한 간섭계의 자체 교정을 강조합니다. 우리는 피코스케일 분해능으로 수 마이크로미터만큼 작은 여러 광대역 비간섭성 소스의 일관성 길이 측정을 보여줍니다. 또한 물질의 동적 특성을 조사하는 데 추가 응용 프로그램을 위한 샘플 공동을 가능하게 하는 초박형 간섭계를 사용하는 다목적 이중 통과 구성을 제안합니다.

백색광 간섭계는 수직 주사 간섭계, 박막 특성화, 광학 부품의 분산 측정을 통해 표면 지형의 비침습적 및 비접촉식 측정을 위한 핵심 도구이며 광원의 일관성 특성을 특성화합니다1,2,3,4,5, 6,7. 백색광 간섭계는 일반적으로 광선의 진폭 분할 또는 파면 분할을 기반으로 합니다8. 이러한 간섭계로 백색광 간섭을 얻으려면 두 팔 사이의 광학 경로 차이(OPD)가 일반적으로 몇 개의 광학 주기인 광대역 소스의 일관성 길이 내에서 잘 일치해야 합니다9,10. Michelson, Mach-Zehnder, Mirau 또는 Linnik 설정8,11과 같은 진폭 분할 기반 간섭계는 절대 0 지연 위치에 대한 반복 가능한 자동 참조를 달성하기 어려운 다중 구성 요소 시스템입니다. 또한 간섭계는 지루한 정렬을 통해 시스템 크기를 크게 만드는 능동 또는 수동 접근 방식을 사용하여 다양한 음향, 기계 또는 기타 소음에 대해 안정화되어야 합니다. 피코 스케일 해상도는 이전에 압전 변환 단계를 통해 스캔된 소형 레이저 간섭계로 시연되었지만 백색광 간섭계를 사용하여 피코 스케일 해상도와 안정성을 달성한 연구는 거의 없습니다. 또한 정량적 측정을 위해서는 기존 설계에서는 어려운 절대 영점 경로 차이에 대한 명확한 참조와 함께 백색광 간섭계에서 재료 분산의 균형을 맞추는 것이 필수적입니다. 제로 경로 지연 위치는 간섭계의 필수 기준이며 일반적으로 백색광 간섭계15를 사용하는 엔벨로프 진폭 방법과 같은 시간 영역 분석을 사용하여 추정됩니다.

이전에는 고전적인 Young의 이중 슬릿이나 프레넬 바이 프리즘과 같은 파면 분할 간섭계를 사용하여 조정 가능성이 크지 않은 정적 백색광 무늬를 얻었습니다8,16,17. 조정 가능한 간섭계는 평면, 구형 또는 환상형 분할 거울 또는 초박형 유리판에 의한 파면 분할을 활용하여 설계되었지만 대부분 펌프-프로브 분광학의 광학 지연선으로 응집성 초고속 펄스와 함께 사용되었습니다. 분할 거울 기반 설계는 광대역 광원의 고유한 마이크로 크기 간섭 길이, 간섭계의 경로 길이 변동 및 피코 크기 조정 가능성 부족으로 인해 일관성이 없는 빛이 포함된 백색광 간섭계를 직접 생성하지 않습니다. 절대 제로 경로 지연에 대한 명확한 참조와 함께 피코 규모의 안정성과 분해능을 제공하는 소형의 조정 가능한 파면 분할 백색광 간섭계를 설계하는 것이 가능한지 궁금할 수도 있습니다.