Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Типичными приборами 3-й группы являются растровые спектрометры и сисамы.
Растровые спектрометры строятся по общей схеме, представленной на рис. 4, но в сканирующем фильтре (монохроматоре) входная и выходная щели заменяются идентичными растрами. При периодич. сдвиге одного из растров с нек-рой частотой ш0 возиккает амплитудная модуляция той X', для к-рой изображение входного растра совпадает с выходным растром. Для других Л изображения смещаются в результате угл. дисперсии и амплитуда модуляции уменьшается. Ширина АФ 6Х такого С. п. соответствует полупериоду растра. По сравнению со щелевыми растровые монохроматоры дают значит, выигрыш в потоке, однако их применение ограикчено засветкой приёмника большим потоком иемодулиров. излучения, сложностью изготовления растров и высокими требованиями к качеству опткки. На растровой установке уникального типа с фокусным расстоянием 6,5 м достигались значения R = 2-IO5 в области 2,5 мкм.
Снсам — спектрометр интерференционный с селективной амплитудной модуляцией — строится иа основе двухлучевого интерферометра (рис. 5), в к-ром зер-
3,
Рнс. 5. Принципиальная оптическая схема двухлучевого сканирующего интерферометра: Д„, Д.ы* — входная и выходная круглые диафрагмы; С — светоделитель; 3, — неподвижное аеркало; 3, — подвижное зеркало, перемещаемое (сканируемое) аа расстояние А (разность хода).
кала заменены синхронно поворачивающимися дифракц. решётками и введён модулятор по оптнч. разности хода. В этом случае амплитудная модуляция накладывается только иа интервал 6ХдИф, соответствующий дкфракц. пределу вблизи А., к-рая удовлетворяет условию максимума дифракции для обеих решёток. Сисам всегда работает на дифракц. пределе: R — Х/6ХДИф, при этом за счёт увелнчекия входного отверстия поток при-
мерно в 100 раз больше, чем в классич. приборах 1-й группы, ио оптнко-механкч. часть весьма сложна в изготовлении и настройке. С помощью сисама достигнута наивысшая разрешающая способность с дифракц. решётками в ср. ИК-области: R = 1-.108 (в диапазоне
8—10 мкм при точностк определения длин воли 10е).
4. Многоканальные спектральные приборы со спектрально-селективной модуляцией
Для данной группы С. п. характерны одноврем. спектрально-селективная модуляция (кодирование) длин волн, воспринимаемых одним фотоэлектрич. приёмником, и последующее декодирование электрич. сигналов. Наиб, распространение получили два тина приборов этой группы — а дамар-спектрометры и фурье-спектрометры.
Адама р-спектрометры строятся по схеме с пентро графа с дифракц. решёткой (рис. 3). Разл. длины воли развёрнутого в фокальной плоскости спектра одновременно кодируются циклически сменяемыми масками-матрицами Ада мар а и посылаются иа фотоэлектрич. приёмник, сигналы к-рого декодируются вычислит, устройством п регистрируются в виде дисиретного спектра. Такой метод продлевает рабочий диапазон спектрографов в ИК-область и позволяет решать широкий круг задач молекулярного спектрального анализа — от определения состава выхлопных газов двигателей переносиымк приборами до анализа веществ с высоким разрешением на уникальных установках (R до 1,7-104 в областя 6 мкм).
Фурье-спектрометры осуществляют непрерывное KO-T дированне длин волн с помощью ннтерфереиц. модуляции, реализуемой обычно по схеме рис. 5, представляющей собой двухлучевой интерферометр Майиельсона. При равномерном перемещении зеркала За в интерфе-реиц. картине на выходной диафрагме возникает от каждой монохроматич. составляющей X входящего излучения периодич. мерцание (светло — темно) с частотой тем большей, чем меньше fc. Суперпозиция таких мо-дулиров. вкладов от всех поступающих X в приёмнике регистрируется в ф-ции разности хода А, образуя и н-терферограмму /(Д), фур ье-преобра зова ние
к-рой иа встроенной ЭВМ даёт спектр F(V). Фурье-спектрометры одновременно реализуют два выигрыша: за счёт мкогоканалъности и за счёт увеличения входного отверстия. Оии наиб, эффективны для исследований протяжённых спектров слабых излучений (особенно в ИК-области, где требования к оптике интерферометра упрощаются). Конструкции н характеристики приборов этого типа весьма разнообразны: от лаб. спектрометров универсального типа, выпускаемых серийно многими фирмами, до компактных спутниковых (для геофиз. и иосмич. исследований) и уникальных стационарных установок с разностью хода до 10 м, иа к-рых достигаются точность измерений X н разрешающая способность иа порядок выше, чем в классич. С. п.
(напр., R до 3-Ю4 в ближией
Pne. в. ИК-спектры поглощения паров воды на участке 200—250 см-1, полученные с помощью фурье-спек-трометра при различных оптических разностях хода А в интерферометре» Чем больше Л, тем больше деталей можно выявить в исследуемом участке спектра, так кан тем больше разрешающая способность R = «= Х/ЙХ — v/fiv = V А/2.
Л, CM
0.2
ІПГ’ПМГЛ/1/
0,4
0.6
I
I_________L
ИК-области). (Подробнее см. в ст. Фурье-спёктро-летр.)
Итак, принципиальное различие рассмотренных групп приборов следующее: в о дно канальных С. п. групп 1 и 3 время экспернмеита затрачивается иа накопление информации о новых участках спектра (яа сканирование Ho Я), в многоканальных приборах группы 2 — иа накопление сигнала и усреднение шумов (улучшение отношения сигнал/шум), а в фурье-спект-рометрах — иа накопление структурных детален в данном спектральном диапазоне (ркс. 6).
