Spektrinen erottelukyky superjatkumovalonlähteitä hyödyntävissä menetelmissä

Abstract

Superjatkumovalonlähteet tuottavat laserin kaltaista valoa, jolla kuitenkin on laaja aallonpituusspektri. Tällaiset valonlähteet ovat erittäin hyödyllisiä normaalien laajakaistaisten lamppujen tilalla monissa optiikan sovellutuksissa. Laajakaistaisten valonlähteiden hyödyntäminen vaatii kuitenkin myös keinoja erottaa spektristä haluttu aallonpituuskaista käsittelyä varten. Tämän työn tarkoituksena on esitellä muutamia spektrisen erottelun menetelmiä, joita voidaan käyttää superjatkumosovellutuksissa. Työhön sisältyy myös yksinkertainen kokeellinen osuus.

Ensimmäiseksi työssä käsitellään superjatkumovalonlähteiden teoriaa. Superjatkumoiden luominen perustuu epälineaarisiin ilmiöihin valon ja aineen vuorovaikutuksessa. Luomiseen käytetyt laserpulssit voidaan jaotella kestoltaan femtosekunnin kokoluokkaan tai tätä pidempiin pulsseihin. Alkuperäisen laserpulssin pituus vaikuttaa luodun superjatkumon ominaisuuksiin. Esimerkiksi pitkillä pulsseilla luodut superjatkumot ovat yleensä muodoltaan tasaisia, eli niiden intensiteetti pysyy tasaisena koko aallonpituusalueen yli.

Seuraavaksi työssä esitellään neljä spektrisen erottelun menetelmää. Nämä ovat hilaspektrometria, Fourier-muunnos spektroskopia, Fabry-Pérot -interferometrin hyödyntäminen ja optisten suotimien käyttö. Menetelmistä eniten käsitellään hilan toimintaa, sillä työn kokeellisessa osuudessa käytetään juuri hilaa. Hilan spektrinen erottelukyky perustuu valon diffraktioon komponentin pinnalla.

Fourier-muunnos spektroskopia perustuu valon interferenssiin. Siinä pääkomponenttina on interferometri, josta saatu interferenssisignaali muutetaan spektriksi Fourier-muunnoksen avulla matemaattisesti. Myös Fabry-Pérot -interferometri hyödyntää interferenssiä, mutta sen sovelluskohteet ovat hieman erilaisia, kuin kahden edellisen menetelmän. Lopuksi käsitellään vielä lyhyesti optiset suotimet. Niiden toiminta perustuu yksinkertaisesti siihen, että suodin ei päästä lävitseen tiettyjä aallonpituuksia.

Työn kokeellisessa osuudessa esitellään hilaan perustuva spektrisen erottelun järjestelmä ja työssä käytetty superjatkumolähde. Lisäksi osiossa esitellään spektrimittauksiin käytetyn optisen spektrianalysaattorin toimintaperiaate. Mittaustuloksista tutkitaan mm. sitä, miten erotellun aallonpituuskaistan leveys muuttuu mittausalueen eri aallonpituuksilla.