Gires–Tournois-Etalon

In der Optik ist ein Gires-Tournois-Etalon (auch Gires-Tournois-Interferometer genannt ) eine transparente Platte mit zwei reflektierenden Oberflächen, von denen eine eine sehr hohe Reflektivität, idealerweise eins, aufweist. Aufgrund von Mehrstrahlinterferenz wird das auf ein Gires-Tournois-Etalon einfallende Licht (nahezu) vollständig reflektiert, erfährt jedoch eine effektive Phasenverschiebung, die stark von der Wellenlänge des Lichts abhängt.

Die komplexe Amplitudenreflektivität eines Gires-Tournois-Etalons ist gegeben durch

$${\displaystyle r=-{\frac {r_{1}-e^{-i\delta }}{1-r_{1}e^{-i\delta }}}}$$

Wo:

• r ₁ ist die komplexe Amplitudenreflexion der ersten Oberfläche,
• ${\displaystyle \delta ={\frac {4\pi }{\lambda }}nt\cos \theta _{t}}$,
• n ist der Brechungsindex der Platte,
• t ist die Dicke der Platte,
• θ _t ist der Brechungswinkel, den das Licht innerhalb der Platte erfährt, und
• λ ist die Wellenlänge des Lichts im Vakuum.

Angenommen, ist reell. Dann ist unabhängig von . Dies deutet darauf hin, dass die gesamte einfallende Energie reflektiert wird und die Intensität gleichmäßig ist. Die Mehrfachreflexion verursacht jedoch eine nichtlineare Phasenverschiebung . ${\displaystyle r_{1}}$${\displaystyle |r|=1}$${\displaystyle \delta }$${\displaystyle \Phi }$

Um diesen Effekt zu zeigen, nehmen wir an, dass reell ist und , wobei die Intensitätsreflexion der ersten Oberfläche ist. Die effektive Phasenverschiebung wird definiert durch ${\displaystyle r_{1}}$${\textstyle r_{1}={\sqrt {R}}}$${\displaystyle R}$${\displaystyle \Phi }$

$${\displaystyle r=e^{i\Phi }.}$$

Man erhält

$${\displaystyle \tan \left({\frac {\Phi }{2}}\right)=-{\frac {1+{\sqrt {R}}}{1-{\sqrt {R}}}}\tan \left({\frac {\delta }{2}}\right)}$$

Für R = 0 erfolgt keine Reflexion an der ersten Oberfläche, und die resultierende nichtlineare Phasenverschiebung entspricht der Phasenänderung über einen Hin- und Rücklauf ( ) – lineare Antwort. Wie man sieht, führt eine Erhöhung von R jedoch zu einer nichtlinearen Antwort auf die Phasenverschiebung und zeigt ein stufenartiges Verhalten. Das Gires-Tournois-Etalon findet Anwendung in der Laserpulskompression und in nichtlinearen Michelson-Interferometern . ${\displaystyle \Phi =\delta }$${\displaystyle \Phi }$${\displaystyle \delta }$

Gires-Tournois-Etalons sind eng mit Fabry-Pérot-Etalons verwandt . Dies lässt sich erkennen, wenn man die Gesamtreflexion eines Gires-Tournois-Etalons untersucht, wenn die Reflexion seiner zweiten Oberfläche kleiner als 1 wird. Unter diesen Bedingungen tritt die Eigenschaft nicht mehr auf: Die Reflexion zeigt ein Resonanzverhalten, das charakteristisch für Fabry-Pérot-Etalons ist. ${\displaystyle |r|=1}$

• F. Gires und P. Tournois (1964). „Interferometer verwendbar für die Komprimierung von Lichtimpulsmodulen in Frequenzen“. CR Acad. Wissenschaft. Paris . 258 : 6112–6115 .( Ein Interferometer, das zur Pulskompression eines frequenzmodulierten Lichtpulses geeignet ist .)
• Gires-Tournois-Interferometer in RP Photonics Encyclopedia of Laser Physics and Technology