Устройство для измерения оптического спектра Советский патент 1984 года по МПК G01J3/26 

фиг.1 1 Изобретение относится к спектрал ньм приборам и может быть использовано в спектроскопии высокого разре шения. Известны устройства для измерени оптического спектра, основанные на использовании мультиплекс-интерферо метра Фабри-Перо, состоящие- из нескольких последовательно установлен ных интерферометров Фабри-Перо с кратными синхронно сканируемыми раз ностями хода l . Недостатками таких устройств является большое время измерения и сложность последовательного вьщеления отдельных спектральных элементо в широком спектральном диапазоне. Наиболее близкшч по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для измерения оптического спектра, содержащее источник излучения, Фурь спектрометр с блоком перестройки разности хода, блок регистрации с фотоприемной частью и блок обработк информации . Недостатками известного устройст ва являются низкая разрешающая способность и сложность регистрирующей |и механической частей Фурье-спектро метра, обусловленные наличием втори ных максимумов аппаратной функции устройства и большой величиной треб емого интервала, сканирования. Целью изобретения является увеличение разрешающей способности и упро щение регистрирующей и механической частей Фурье-спектрометра. Поставленная цель достигается тем что в устройстве для измерения оптического спе :тра, содержащем источ ник излучения, Фурье-спектрометр с блочком перестройки разности хода, блок регистрации с фотоприемной частью и блок обработки информации, меж ду Фурье-спектрометром и блоком регистрации установлен интерферометр Фабри-Перо с блоком сканирования, управляющие входы блока обработки информации соединены с входом управления блока перестройки разности Фурье-спектрометра и блока сканирования интерферометра Фабри-Перо. На фиг. 1 приведена функциональна схема предлагаемого устройстваJ на фиг. 2 - графическая иллюстрация выделения из спектра излучения частей, состоящих из ряда зквидистантных спектральных элементов. 6 Устройство содержит источник 1 излучения и расположенные по ходу луча Фурье-спектрометра 2 с блоком 3 перестройки разности хода интерферо етр 4 Фабри-Перо с блоком 5 сканирования, блок 6 регистрации с фотоприемной частью и блок 7 обработки информации. Управляющие выходы блока 7 обработки информации соединены с входом управления блока 3 перестройки разности хода Фурье-спектрометра и с выходом управления блока 5 сканирования. Устройство работает следующим образом. Исследуемое излучение источника 1 проходит последовательно через Фурье-спектрометр 2 и интерферометр 4 Фабри-Перо и попадает на фотоприемную часть блока 6 регистрации. Регистрируется мощность прошедшего излучения, которая равна значению автокорреляционной функции при данных разностях хода Фурье-спектрометра 2 и интерферометра 4 Фабри-Перо. Регистрация значений автокорреляционной функции начинается с исходного состояния, соответствующего разности хода интерферометра 4 ФабриПеро и нулевому значению разности хода Фурье-спектрометра 2. Начиная с исходного состояния производится измерение значений автокорреляционной функции для М значений разности хода Фурье-спектрометра 2 и N значений разности хода интерферометра 4 Фабри-Перо. Измеренные значения автокорреляционной .функции запоминаются в оперативном запоминающем устройстве блока 7 обработки информации в виде двумерного массива J (i, j,), где 1 (номер СТРОКИ) изменяется от 1 до N, j (номер столбца)-от 1 до М. Возможны различные работы устройства в зависимости от порядка заполнения оперативного запоминающего устройства. В одном .из них заполнение производится последовательно по столбцам, в другом - по строкам. В первом режиме после окончания регистрации начального значения автокорреляционной ф.ункции из блока 6 регистрации это значение передается в бло.к 7 обработки информации, котоый вьиает сигнал на вход управления блока 5 сканрфования, изменяющего разность хода интерферометра 4 на один шаг. Регистрируется значение автокорреляционной функции при новом значении разности хода интерферометра 4. Этот цикл повторяется до запол нения первого столбца, после чего блок обработки информации выдает сигнал на вход управления блока 3 пе рестройки, который изменяет разность хода Фурье-спектрометра 2 на шаг, и вновь производится N шагов сканиро вания интерферометра 4. Эта процедура повторяется М раз до полного формирования массива. Во втором режиме посЛе окончания регистрации начального значения авто корреляционной функции из блока 6 регистрации это значение передается в блок 7 обработки информации, который выдает сигнал на вход управления блока 3 перестройки, изменяющего разность хода Фурье-спектрометра 2 на один шаг. Регистрируется значение автокорреляционной функции при новом значении разности хода Фурье-спектрометра 2. Этот цикл повторяется до заполнения первой строки, после чего блок 7 обработки информации выдает сигнал на вход управления блока 5 ,сканирования,, который изменяет разность хода интерферометра 4 на один шаг, и вновь производится М шагов перестройки разности хода Фурьеспектрометра 2. Эта процедура повторяется N раз до полного формирования массива. Блок обработки информации вычисляет Фурье-гобраз автокорреляционной функции для каждой из N частей спект ра по М зарегистрированным значениям этой функции, поскольку мощность излучения, прошедшего последовательно через Фурье-спектрометр 2 и интер ферометр 3 Фабри-Перо, равна значению автокорреляционной функции для Части исследуемого спектра, состоящей из ряда эквидистантных спектраль ных элементов с шириной, определяем аппаратной функцией интерферометра Фабри-Перо. Частота каждого спектрального элемента определяется по измеренной разности хода интерферометра ФабриПеро. На фиг. 2 показано вьщеление из спектра 8 частей 9 и 10, каждая из которых состоит из ряда эквидистантных спектральных элементов, причем интервал между спектральными элементами равен области дисперсии интерферометра 3 Фабри-Перо, а ширина спектральных элементов - ширине аппаратной функции этого интерферометра. Значения автокорреляционной функции регистрируются независимо для каждой из частей спектра. Вследствие этого значительно уменьшается диапазон регистрируемых значений автокорреляционной функции. втокорреляционная функция для каждой части спектра является периодической с периодом 1/6о и четной относительно нулевой разности хода. Поэтому измерение значений автокорреляционной функции достаточно произвести для М значений разности хода Фурье-спектрометра, лежащих внутри полупериода . При этом достигается разрешение, равное ширине аппаратной функции интерферометра 2 Фабри-Перо. Реализация изобретения позволяет по сравнению с известным устройством уменьшить требуемый динамический диапазон регистрирующей системы вследствие уменьшения числа одновременно регистрируемых спектральных элементов - при остроте аппаратной функции интерферометра Фабри-Перо N 20 уменьшается в 20 раз регистрируемая мощность при нулевой разности хода Фурье-спектрометра и увеличивается в 20 раз при максимальной разности хода - таким образом, необходимый динамический диапазон уменьшается в № 400 раз. Для достижения разрешающей способности, соответствующей известному устройству, достаточно изменять разность хода Фурье-спектрометра на величину, в АО раз меньшую, т.е. h 25 мм при толщине интерферометра ФабриПеро 50 мм, так как интерферограмма является четной периодической функцией с периодом 50 мм. При измерении на разности хода 1 м, соответствующей известному устройству, увел1-гчи- . вается в 40 раз разрешающая способность, при этом толщина интерферометра Фабри-Перо 2 м и разрешающая способность достигает 10 . Кроме того, ВВ1-ОДУ уменьшения числа одновременно регистрируемых спектральных элеменjTOB возможно уменьшение объема оперативного запоминающего устройства в 20 раз.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОГГгаЧЁСКОГО СПЕКТРА, содержащее источник излучения, Фурье-спектрометр с блоком перестройки разности хода, блок регистрации с фотоприемной частью и блок обработки информации, отличающееся тем, что, с целью увеличения его разрешающей способности и упрощения регистрирующей и механической частей Фурьеспектрометра, между Фурье-спектрометром и блоком регистрации установлен интерферометр Фабри-Перо с блоком сканирования, управляющие входы блока обработки информации соединены с входом управления блока перестройки разности хода Фурье-спектрометра и блока сканирования интерферометра Фабри-Перо. (Л с