Anhang A - Fakultät 06 - Hochschule München

2. Grundlagen Seite 31
2.6.3 Die Multipass-Absorptionszelle
Eine bestimmte CO2-Absorptionslinie der Multipass-Absorptionszelle wurde als
eine absolute Referenz zur Frequenzstabilisierung der Seedlaser sowie des FPIs
im Rahmen dieser Arbeit verwendet. Der Aufbau der verwendeten Multipass
Absoptionszelle besteht aus zwei astigmatischen Spiegeln, die in einem Abstand
D gegenüber liegen. Einer der Spiegel verfügt über ein kreisrundes Loch in der
Mitte. Wird ein Laserstrahl in einem Winkel von wenigen Grad über das Loch des
Spiegels in die Multipass-Absorptionszelle eingekoppelt, wird der Laserstrahl
mehrfach zwischen den beiden Spiegeln reflektiert, bis dieser die Multipass Absorptionszelle
am Einkopplungsloch wieder unter dem Eingangswinkel verlässt.
Aus der Anzahl der Umläufe und dem Abstand der Spiegel ergibt sich der zurückgelegte
Weg des Laserstrahls in der Absorptionszelle. Der wesentliche Vorteil
der Multipasszelle besteht darin, dass durch die „Faltung“ des Lichtweges in
der Multipasszelle die Absorptionstrecke erhöht wird und somit Gase mit geringem
Absorptionsquerschnitt (wie z.B. CH4 oder CO2) zur Spektroskopie aufgelöst
werden können. Die Krümmung der Spiegel ist dabei so gewählt, dass sich der
Laserstrahl durch die zurückgelegte Strecke nicht aufweitet.
Die Muster der Reflexionspunkte des Lasers auf den Spiegeln gleichen dabei
Lissajous Figuren (siehe Abb. 2.18). Die X-Y Koordinaten von dem i-ten Reflexionspunkt
auf den Spiegeln sind gegeben durch:
X R sin( iθ ) Y R sin( iθ )
(2.35)
i 0 x i 0 y
θ D θ
D
R R (2.36)
1 1
x cos 1 y cos 1
X y
wobei Ro dem Radius des Musters der Reflexionspunkte auf dem Spiegel entspricht.
Rx und Ry sind die Krümmungsradien der astigmatischen Spiegel. Für den
aus der Multipass Absorptionszelle ein- bzw. ausgekoppelten Laserstrahl gilt [22]:
X 0 Y
0
i
i