СПОСОБ СПЕКТРОМЕТРИИ И ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК G01J3/00 G01B9/02 G01R23/17 

Изобретения относятся к области спектрального анализа и могут быть использованы при спектральном анализе светового излучения.

Классический способ спектрального анализа излучения заключается в разложении пучка света с помощью призмы или дифракционной решетки с выделением спектральных составляющих и их последовательным сканированием. Одним из классических устройств, используемых для спектрального анализа, является монохроматор с дифракционной решеткой (Малышев В.И. Введение в экспериментальную спектроскопию. М.: Наука, 1979, с. 185-201; 257-274).

Известный способ обладает меньшей светосилой по сравнению со способами, основанными на интерференции пучков света, что является его недостатком.

Известный монохроматор обладает меньшей светосилой по сравнению с интерферометрами, что является его недостатком.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является способ спектрометрии, основанный на регистрации системы интерференционных полос стоячей световой волны посредством тонкого частично пропускающего слоя, включающего микрочастицы, рассеивающие или поглощающие энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенного между источником светового излучения и отражающим зеркалом и установленного наклонно к плоскости упомянутого зеркала (А.В. Атнашев, В.Б. Атнашев, П.В. Атнашев. Метод интерференции на дифракционной решетке. Метод Атнашева, Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2000, с. 13 (прототип).

К недостаткам данного способа следует отнести низкую точность регистрации системы интерференционных полос стоячей световой волны посредством тонкого частично пропускающего слоя, включающего микрочастицы, рассеивающие или поглощающие энергию электрического поля стоячей световой волны, и, следовательно, низкую точность анализа.

Задачей изобретения является повышение точности спектрального анализа за счет повышения точности регистрации системы интерференционных полос стоячей световой волны посредством тонкого частично пропускающего слоя, включающего микрочастицы, рассеивающие или поглощающие энергию электрического поля стоячей световой волны.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе спектрометрии, основанном на регистрации системы интерференционных полос стоячей световой волны посредством тонкого частично пропускающего слоя, включающего микрочастицы, рассеивающие или поглощающие энергию электрического поля стоячей световой волны, упомянутый слой располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом под углом θ, определяемым из соотношения sinθ = λ/2d, где θ - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, λ - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при прохождении стоячей световой волны, регистрацию системы интерференционных полос стоячей световой волны осуществляют в виде сигнала пространственной частоты путем проецирования изображения упомянутой системы на периодическую систему, содержащую дискретные фотоэлементы, полученные с упомянутых фотоэлементов электрические сигналы записывают в виде зависимости интенсивности светового излучения от местоположения этих фотоэлементов в упомянутой периодической системе и анализируют на спектроанализаторе.

Поставленная задача может быть решена за счет того, что в интерферометре, содержащем оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, спектроанализатор и тонкий частично пропускающий слой, включающий микрочастицы, рассеивающие или поглощающие энергию электрического поля стоячей световой волны, упомянутый слой располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом под углом θ, определяемым из соотношения sinθ = λ/2d где θ - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, λ - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при прохождении стоячей световой волны, отражающее зеркало выполнено частично пропускающим световое излучение, при этом интерферометр дополнительно снабжен оптически сопряженной периодической системой, содержащей дискретные фотоэлементы, которая расположена позади отражающего зеркала.

При этом в качестве периодической системы, содержащей дискретные фотоэлементы, может быть использована система фоточувствительных приборов с зарядовой связью.

Периодическая система, содержащая фотоэлементы, может быть также выполнена в виде линейки или матрицы из фоточувствительных приборов с зарядовой связью.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлена схема интерферометра (фиг. 1) и диаграммы входных и выходных сигналов (фиг.2а-в). На фиг.2а изображена зависимость интенсивности системы интерференционных полос стоячей световой волны на тонком частично пропускающем слое, включающем микрочастицы, рассеивающие или поглощающие энергию электрического поля стоячей световой волны, от его длины h. На фиг.2б показано изменение интенсивности измеренного светового излучения по длине h' линейки из дискретных фотоэлементов. На фиг. 2в показан электрический сигнал на выходе спектроанализатора.

Интерферометр содержит оптически сопряженные источник 1 светового излучения, отражающее зеркало 2, спектроанализатор 3, тонкий частично пропускающий слой 4, включающий микрочастицы, рассеивающие и поглощающие энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенный между источником 1 светового излучения и отражающим зеркалом 2. При этом отражающее зеркало 2 выполнено частично пропускающим световое излучение. Интерферометр дополнительно снабжен оптически сопряженной периодической системой 5, содержащей дискретные фотоэлементы 6, которая расположена позади отражающего зеркала 2. В качестве периодической системы 5, содержащей дискретные фотоэлементы 6, может быть использована система фоточувствительных приборов с зарядовой связью. Периодическая система 5, содержащая дискретные фотоэлементы 6, может быть также выполнена в виде линейки или матрицы из фоточувствительных приборов с зарядовой связью. При выполнении упомянутой системы 5 в виде линейки из фоточувствительных приборов с зарядовой связью упомянутую линейку располагают поперек спроецированного изображения системы интерференционных полос стоячей световой волны (на фиг.1 это положение дискретных фотоэлементов 6 соответствует их расположению в вертикальном ряду). Тонкий частично пропускающий слой 4 нанесен на одну из поверхностей оптического клина 7. Отражающее зеркало 2 при этом может быть выполнено на другой поверхности упомянутого клина 7 в виде отражающего покрытия с коэффициентом 0,5-0,9 и коэффициентом пропускания 0,1-0,5.

Заявленный способ спектрометрии осуществляется на настоящем интерферометре следующим образом.

Световой поток от источника 1 светового излучения поступает на отражающее зеркало 2, отражается от него и в виде стоячей световой волны поступает на тонкий частично пропускающий слой 4. За счет того, что тонкий частично пропускающий слой 4 состоит из микрочастиц, рассеивающих или поглощающих энергию электрического поля стоячей световой волны, и расположен наклонно, при этом угол θ между плоскостью тонкого частично пропускающего слоя и волновым фронтом световой волны задан из соотношения sinθ = λ/2d, где λ - длина световой волны, d - период интерференционных полос, в нем образуется система интерференционных полос (фиг.1, 2а), регистрацию которой можно осуществить в виде сигнала пространственной частоты с периодом следования d. Для этого изображение системы интерференционных полос проецируется через частично пропускающее световое излучение отражающее зеркало 2 на периодическую систему 5, содержащую дискретные фотоэлементы 6. Далее, спроецированное изображение системы интерференционных полос на систему 5, содержащую дискретные фотоэлементы 6, записывается на периодической системе 5 в виде зависимости интенсивности светового излучения от местоположения дискретных фотоэлементов 6 (фиг. 2б). Затем записанные электрические сигналы анализируются на спектроанализаторе 3, на выходе которого получают их частотное преобразование в виде зависимости от длины световой волны (фиг.2в). В варианте проецирования изображения системы интерференционных полос на матричную систему, содержащую дискретные фотоэлементы 6, записанные на каждой линейке упомянутой матричной системы, электрические сигналы анализируют на спектроанализаторе 3 последовательно с каждой линейки упомянутой матричной системы. При этом достигается лучшее разрешение определенных длин световых волн.

Кроме того, заявленный способ спектрометрии позволяет производить измерение светового излучения различных длин волн, в том числе при их совместном воздействии на тонкий частично пропускающий слой 4 без изменения угла наклона θ, что достигается использованием существующих математических методов обработки электрических сигналов.

Предлагаемый способ спектрометрии и интерферометр для его осуществления позволяют повысить точность измерения световых волн в 2-5 раз при измерении светового излучения в широком спектральном диапазоне.

Изобретения относятся к спектральному анализу. В способе регистрацию системы интерференционных полос стоячей световой волны осуществляют в виде сигнала пространственной частоты путем проецирования изображения упомянутой системы на периодическую систему, содержащую фотоэлементы, полученные с упомянутых фотоэлементов электрические сигналы записывают в виде зависимости от местоположения этих фотоэлементов в упомянутой периодической системе и анализируют. Способ спектрометрии осуществляется на интерферометре, содержащем оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, спектроанализатор и тонкий частично пропускающий светочувствительный слой, расположенный наклонно между источником светового излучения и отражающим зеркалом, при этом отражающее зеркало выполнено частично пропускающим световое излучение. Интерферометр также дополнительно снабжен оптически сопряженной периодической системой, содержащей фотоэлементы, которая расположена позади отражающего зеркала. Технический результат - повышение точности измерения световых волн в 2-5 раз при измерении светового излучения в широком спектральном диапазоне. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ спектрометрии, основанный на регистрации системы интерференционных полос стоячей световой волны посредством тонкого частично пропускающего слоя, включающего микрочастицы, рассеивающие или поглощающие энергию электрического поля стоячей световой волны, отличающийся тем, что упомянутый слой располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом и под углом Θ, определяемом из соотношения sinΘ = λ/2d, где Θ - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, λ - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при прохождении стоячей световой волны, при этом регистрацию упомянутой системы интерференционных полос стоячей световой волны с периодом d осуществляют в виде сигнала пространственной частоты путем проецирования изображения упомянутой системы на периодическую систему, содержащую фотоэлементы, полученные с упомянутых фотоэлементов электрические сигналы записывают в зависимости от местоположения этих фотоэлементов в упомянутой периодической системе и анализируют. 2. Интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало и тонкий частично пропускающий слой, включающий микрочастицы, рассеивающие или поглощающие энергию электрического поля стоячей световой волны, отличающийся тем, что интерферометр дополнительно снабжен оптически сопряженной периодической системой, содержащей фотоэлементы, которая расположена позади отражающего зеркала, а упомянутый слой располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом и под углом Θ, определяемым из соотношения sinΘ = λ/2d, где Θ - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, λ - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при прохождении стоячей световой волны, а отражающее зеркало выполнено частично пропускающим световое излучение. 3. Интерферометр по п. 2, отличающийся тем, что в качестве периодической системы, содержащей фотоэлементы, использована система фоточувствительных приборов в виде линейки элементов. 4. Интерферометр по пп. 2 и 3, отличающийся тем, что в качестве периодической системы, содержащей фотоэлементы, могут быть использованы приборы с зарядовой связью. 5. Интерферометр по п. 2, отличающийся тем, что периодическая система, содержащая фотоэлементы, выполнена в виде матрицы элементов.