Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 161. Аппаратная функция растрового спектрометра
Рм с . 3 62. Cx ема спект рометр а с растровой модуляцией
тивы обладают угловым полем как в направлении дисперсии, так и в направлении высоты растра; кроме того, фокальная плоскость камерного объектива должна быть плоской. Пример оптической схемы р астр ового спек-трометра показан на рис. 162. От источника света 1 пучок с помощью зеркального модулятора 2 разделяется на два пучка, каждый из которых после отражения от зеркал 3 и 4 поочередно попадает на внешнюю и внутреннюю поверхности входного зеркального растра 5. После зеркала 6 пучки дифрагируются решеткой 7 и зеркалом 6 направляются на поверхность выходного растра 8, где поочередно формируются изображения растра в проходящем и отраженном свете. Для некоторой длины волны Я0 изображение растра 5 полностью совпадает с растром 8, в этом случае свет или проходит к приемнику 9 (при совпадении прозрачных участков растров 5 и 8) или не проходит к приемнику (при совпадении прозрачных участков одного растра с непрозрачными участками другого). При таком положении приемник 9 регистрирует поток с амплитудой модуляции, равной единице. Таким образом осуществляется селективная модуляция излучения в узком интервале длин волн, соответствующем ширине функции Q (,у). Излучение длин волн, не входящих в этот интервал, для которых изображение растра 5 значительно смещено с растра <§, поровну распределяется между выходящими из прибора пучками, не модулируется и создает засветку приемника. Приемник и усилитель переменного тока, настроенный на частоту модулятора, регистрирует разность потоков, прошедшего через растр 5 и отраженного от него.
Достоинством спектрометров с интерференционными растрами по сравнению со спектрометрами с обычными растрами являются малые габаритные размеры прибора при высокой разрешающей способности. К недостаткам следует отнести необходимость обеспечения углового увеличения диспергирующего элемента, равного единице, и полного устранения искривления спектральных линий.
Глава 11. ДРУГИЕ ТИПЫ СПЕКТРАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
1. МАТРИЧНЫЕ ПРИБОРЫ
Одним из наиболее важных свойств спектрального прибора, определяющих его эффективность, является возможность одновременной регистрации множества спектральных линий. Число регистрируемых спектральных элементов можно существенно увеличить
215
1
Рис. 163. Принципиаль-Ijj пая схема матричного j
спектрометра: |j||
/ — источник света; 2 —
конденсор; 3 щель мои о- ||
хроматора; 4, 6 — объекты-вы; 5 — призма; 7 — маска
путем классических щелевых приборов. Один из способов та- | кого усовершенствования — применение спектроскопии с преобразованиями Адамара, что связано с принципом расположения ! и перемещения щелей спектрального прибора, которое задается ; матрицами Адамара [15]. :
В фокальной плоскости обычного дифракционного спектрометра устанавливается диафрагма со многими щелями, при этом каждая щель имеет ширину 2ДХ, где АХ — спектральная ширина щели. Диафрагма представляет собой совокупность прозрачных и непро- 1 зрачных участков, каждый из которых имеет спектральную ширину, кратную пределу разрешения ЬХ. Это означает, что прозрачные и непрозрачные элементы перекрывают спектральные интервалы в пределах от ЬХ до kbX, где k — небольшое целое число.
Представим, что число единичных прозрачных участков шири- I ной ЬХ равно N и соответственно число непрозрачных участков, расположенных между ними, (N — 1). Тогда справедливо соотно- ;i
шение 2АХ = (2N — 1) ЬХ. Если прозрачные и непрозрачные участки диафрагмы расположить так, что при ее перемещении N — 1 '
раз вдоль спектра на интервал ЬХ осуществляется измерение всей
прошедшей через диафрагму энергии, то будет получено N отсчетов. .....
При этом очевидно, что каждый спектральный элемент, расположенный внутри интервала АХ, внесет свой вклад в общий сигнал, формируемый на общем фотопрнемнике. В результате можно составить N независимых линейных уравнений вида уг = 2 aik*k> где все коэффициенты aik равны 0 или 1, yt — измеряемая энергия.
Особенностью изложенного выше принципа построения прибора является уменьшение погрешности измерений в N раз но сравнению с погрешностью, получаемой при использовании обычного сканирующего спектрометра.
Принципиальная схема матричного спектрометра может быть представлена следующим образом. В обычном спектрографе вместо фотопластинки устанавливается многощелевая диафрагма—маска (рис. 163). Затем все излучение, прошедшее через маску, собирается на один фотоприемиик. Сигнал, возникающий в фотоприемнике, измеряется и запоминается, т. е. формируется fe-й отсчет. После этого устанавливается маска для получения k -f- 1-го отсчета и вновь проводится измерение. Выполнив N отсчетов, получим систему N уравнений, позволяющую определить энергию излучения, проходящую через каждую щель маски. При этом размеры площадки фотоприемника не должны превышать размеры, соответствующие минимально разрешаемому спектральному интервалу.
216
Рис. 164. Оптическая схема матричного спектрометра:
1, 5 объективы; 2,6 — маски; 3 — крышеобразное зеркало; 4 — дифракционная решетка; 7 — модулятор; 8 — приемник
