Gázok diszperziójának mérése
ultrarövid lézerimpulzusok spektrálisan
bontott interferenciájával

Börzsönyi Ádám
IV. fizikus

Témavezető: Dr. Osvay Károly egyetemi docens
SZTE TTK Optikai és Kvantumelektronikai Tanszék

Régóta ismert, hogy az optikában használatos anyagok diszperzívek, vagyis törésmutatójuk változik a hullámhossz függvényében. Időben rövid, azaz a Fourier-transzformáció szerint széles spektrumú impulzusok fázisa diszperzív közegen (tehát gázokon) való áthaladáskor spektrálisan függő fázistolást szenved, ami az impulzus időbeli kiszélesedéséhez vezet. Belátható, hogy az impulzus kiszélesedésének méréséből az anyag diszperziós tulajdonságára, azaz a törésmutató-függvényére is következtethetünk. Kísérleti alkalmazásokhoz elengedhetetlen tehát, hogy ezen diszperzív anyagok fázis- és időbeli torzulást létrehozó tulajdonságait ismerjük.
A TeWaTi labor 15 fs-os, 60 nm sávszélességű, 800 nm központi hullámhosszúságú lézerimpulzusai segítségével egy adott légoszlopon áthaladó lézerimpulzus fáziseltolódását mértük meg. A Mach-Zender interferométeren alapuló elrendezésben az egymást 14 ns-onként követő impulzusok az egyik karban több utat tesznek meg a levegőben, majd a másik karon áthaladó impulzus-sorozattal egy- illetve több követésnyi idő után interferálnak. Így tehát a különböző időben keltett impulzusok közti útkülönbség adja a diszperzív levegőoszlop hosszát. Az interferáló lézernyalábok spektrális bontásával olyan csíkrendszer nyerhető, ahol a csíkok görbültségéből a két impulzus közti relatív fázistolást számolhatjuk ki, amely közvetlen kapcsolatban van a levegőoszlop diszperziójával. A kapott eredményekből a levegő törésmutató-függvényét származtatjuk, mely jól egyezik az irodalmi értékekkel.
Ha a fentebb leírt mérést egy hosszú vákuumcsővel egészítjük ki, akkor a vákuumbeli értékhez hasonlíthatjuk a mérési eredményeket, mellyel még pontosabban tudjuk a törésmutató-függvényt származtatni. Ennek alapján lehetőség nyílik a gáz minőségét és nyomását változtatva a diszperzió anyagi- és nyomásfüggésének mérésére is.