Die vorliegende Arbeit besteht im wesentlichen aus zwei Themenkomplexen, die gemeinsam die Grundlage für den Bau eines kombinierten Fabry-Perot Interferometers (FPI) für sichtbares Licht und für Mössbauerstrahlung bilden. Ein solches Instrument könnte in der Metrologie genutzt werden, um die Lücke zwischen sichtbarem Licht und Röntgenlicht zu schliessen.
Die wichtigsten Komponenten eines FPIs sind zwei Spiegel, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Um die benötigten Spiegel für die 57Fe Mössbauerstrahlung zu realisieren, kann der (1 3 -4 28)-Reflex in Saphir (α-Al2O3) genutzt werden. Bei exakter Rückstreuung an diesem Reflex werden jedoch zwei zusätzliche Reflexe angeregt. Zusammen mit dem transmittierten Strahl handelt es sich somit um einen Vier-Strahlfall. Bragg-Reflexe, welche die exakte Rückstreuung begleiten, treten immer paarweise auf. Daraus folgt, dass der Vier-Strahlfall der Mehrstrahlfall mit der kleinsten Anzahl an gestreuten Wellen ist. Dieser spezielle Fall wird im ersten Themenkomplex dieser Arbeit theoretisch sowie experimentell behandelt. Die zusätzlich angeregten Wellen reduzieren die Reflektivität in den (gewünschten) Rückstreukanal. Um diesen Reflex für die FPI-Spiegel zu nutzen, ist es daher notwendig zu verstehen, wie die zusätzlich angeregten Strahlen unterdrückt werden können. Darüberhinaus ist es von fundamentalem Interesse, den Mehrstrahlfall mit der kleinsten Anzahl an gestreuten Wellen genaür zu verstehen.
Um mit einem kombinierten FPI die (metrologische) Lücke zwischen sichtbarem Licht und Röntgenlicht zu schliessen, soll die Wellenlänge der Mössbauerstrahlung an die sehr genau bekannte Wellenlänge eines Jod-stabilisierten He-Ne Lasers gekoppelt werden. Der Abstand der kombinierten FPI-Spiegel muss dann allerdings variabel sein. Eine weitere Voraussetzung ist, dass die reflektierenden Atomebenen der Spiegel im nrad-Bereich parallel zueinander sind. die Erfahrung zeigt, dass diese Parallelität nur stabil erreicht werden kann, wenn das gesamte FPI aus einem Kristall hergestellt wird. Im zweiten Themenkomplex dieser Arbeit werden die theoretischen Grundlagen von optischen und Röntgen-Fabry-Perot Interferometern besprochen. Aus diesen Grundlagen werden die Anforderungen an ein solches kombiniertes, monolithisches FPI hergeleitet.
Es wird ein mögliches Design für ein solches Instrument vorgeschlagen. Dieser Vorschlag wurde mithilfe der Methode der finiten Elemente, hinsichtlich der aufgestellten Anforderungen, optimiert.
The work presented here consists basically of two parts, which provide the basement for the construction of a combined Fabry-Perot Interferometer (FPI) for visible light and for the Moessbauer radiation of 57Fe. Such instruments could be used in the field of metrology to bridge the gap between visible light and x-rays.
The main components of a FPI are two mirrors aligned parallel and separated by a gap. For the realization of the desired mirrors for the Moessbauer radiation, the (1 3 -4 28)-reflex in sapphire (α-Al2O3) can be used. However, at the position of exact backscattering this reflex is acompanied by two additional beams. Together with the transmitted beam this particular case is a four-beam case. Bragg reflections accompanying a back-reflected beam are excited always in pairs. As a result, the four-beam case is the simplest multiple-beam case with one reflection in backscattering. The waves excited additionally reduce the reflectivity into the desired backscattering channel. In order to use the (1 3 -4 28)-reflex for the mirrors of an x-ray FPI for Moessbauer radiation, it is essential to under stand how the occurence of the additional beams may be supressed. Furthermore, it is of fundamental scientific interest to study this multiple-beam case wit the minimum number of diffracted waves.
To bridge the (metrological) gap between visible light and x-rays, the wavelength of the Moessbauer radiation shall be connected to the well known wavelength of an iodine stabilized He-Ne laser. For this purpose the gap-width between the mirrors of the combined FPI must be variable. An additional issue is, that the reflecting atomic planes of the x-ray mirrors must be parallel within some nrad. This parallism can only be reached by building the whole FPI out of one sapphire-crystal, as experience shows. In the second part of the present work the basic principles of an optical and an x-ray FPI are treated theoretically. The requirements which such a combined, monolithic FPI must meet are deduced from these principles.
A possible design for such an instrument is presented. This design was optimized, with regard to the requirements to be met, by the method of finite elements.