Электронно-оптический спектрохронограф с временным разрешением в пикосекундной области Советский патент 1983 года по МПК G01J3/12 

СП

00 01

(Pui.j Изобретение относится к оптикоэлектронному приборостроению, в час ности к приборам и методам пикосекундной спектроскопии, и может быть применено при исследованиях методами спектроскопии сверхбыстрых процессов. Известны спектрохронографы, позволяющие прямо измерять временной ход интенсивности в разных спектрал ных участках исследуемого пикосекун ногосветового импульса, содержащие электронно-оптический преобразователь с временной разверткой, на фот катод которого свет направляется че рез спектральный фильтр, В качестве последнего используются малоселективные светофильтры или призменные монохроматоры с малой дисперсией, практически не влияющие на временно разрешение всего устройства l . Недостатками устройств являются низкое спектральное разрешение (&-}о 1 ) , препятствующее их использованию в ряде измерений по пик секундной спектроскопии (например, при исследовании линейчатых спектро примесных молекул в кристаллах при низких температурах, тонкоструктурных спектров сложных молекул в газо вой фазе и т.д.) , и непостоянство дисперсии по спектру. Известен также спектрохронограф, выполненный в виде двойного монохро матора со сложением дисперсии с электронно-оптическим преобразователем на его эыходе. Применение в монохроматоре сильнодиспергирующих дифракционных решеток обеспечивает высокое спектральное разрешение уст ройства { ь- 1 см-) 2j . Однако известное устройство имеет низкое временное разреигёние (it 100 пс), уступающее на 1-2 порядка предельному значению, опре деляемому по соотношению неопределенностей для сйетовой волны ь bt t Это означает, что в подобных спектрохронографах возможности пикосекундного временного разрешения, дос тигнутого в электронно-оптических преобразователях как детекторах для рассматриваемого сйектрохронографа, не используются. Кроме того, увеличение ширины спектральной пропускной способности за счет раскрытия щелей монохроматора не влечет з собой соответствующего улучшения временного разрешения, поскольку световые волны с различных участков входной и выходной щелей не интерг ферируют из-за некогерентного характера освещения и детектирования на фотокатоде. В спектрохронографах с временным разрешением, основанных на применении монохроматоров с одним -или большим числом диспергирунадих элементов (в последнем случае собранных по обычной схеме сложения дисперсий) , предельное временное разрешение достижимо только за счет значительного ограничения светосилы (на 1-2 порядка), что в подавляющем большинстве применений неприемлимо из-за низкого уровня отноь ения сигнала к шуму. Кроме того, невозможно улучшение временного разрешения без ограничения светосилы. Цель изобретения - улучшение временного разрешения электронно-оптического спектрохронографа. Поставленная цель достигается применением двойного монохроматора с вычитанием дисперсии с электроннооптическим преобразователем на его выходе в каче.стве электронно-оптического спектрохронографа с временным разрешением в пикосекундной области. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - кривые, иллюстрирующие полученное временное разрешение. Устройство содержит объектив 1, монохроматор 2 и электронно-оптический преобразователь 3. Р сследование спектров с временным разрешением осуществляют следующим образом. Излучение, пройдя объектив 1, попадает в монохроматор 2, где происходит его разложение на спектральные компоненту и сложение на одинаковых диспергирующих элементах, которые располагают по схеме вычитания дисперсии.Излучение на выходе монохроматора анализируют с пометцью электронно-оптического преобразователя 3. Временное и спектргшьное разрешения регулируютj изменяя шири-i ну прс 1ежуточной щели монохроматора. В этой схеме при раскрытии средней щел:и большей, чем длина волны света, происходит интерференция между осевмии лучами и крайними лучами апертуЕчл таким образом, что временной профиль интенсивности света в точках фотокатода в плоскости выходной щели при типичных величинах аберраций практически совпадает с Фурье-образе спектральной пропускной способности, определяемой шириной средней щели. Для этого не обязательна полная идентичность половин монохроматора в смысле одинаковости аберраций. Такая схема обеспечивает регулируемые шириной средней щели спектральное и временное разрешение спектрометра, при этом выбор одной из этих величин обеспечивает практическое совпадение другой из них с предельным значением, определяемым соотношением неопределенностей. На кривой А ( фиг. 2) показан результат измер ения лазерного иютульса длительностью 3 пс с помощью монохроматора с двумя решетками 1200 штр/мм, работающими в первом порядке, расположенными по схеме сложения дисперсии, а на кривой 6 - результат измерения того же импульса с решетками, расположенными по схеме вычитания дисперсии, изображенный в растянутом временном масштабе. Спектральное разрешение в обоих случаях равно 5 .

Таким образом, достигнуто существенное улучшение временного разрешения 9 ПС (фактически предел разрешения ЭОП) против 840 ПС при выб- . ранном спектральном разрешении 5 см.

, Применение двойного монохроматора с вычитанием дисперсии с электронно-оптическим преобразователем на его выходе в качестве электроннооптического спектрохронографа с временным разрешением в пикосекундной области.

Ч hн ьЗпс