Способ калибровки неселективного приемника света Советский патент 1986 года по МПК G01J3/42 G01N21/62 

Изобретение относится к химической , молекулярной физике и оптике, а более конкретно к способам измерений спектрального распределения интенсивности излучения источников света в вакуумной ультрафиолетовой (БУФ) области спектра.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На чертеже изображено устройство, реализующее предлагаемый способ.

Устройство состоит из источника 1 света (лампы и монохроматор), сменных резонансных источников 2 на Hq света (,9 нм), Хе ( нм) и Кг (,6 нм), размещаемых в откачанной шлюзовой камере 3, внутрь которой при необходимости может быть напущен воздух или газовый фильтр, оптические оси которых перпендикулярны оптической оси источника 1, люминофора 4 (салицилат натрия помещенного на подложке на пересечении оптических осей источников 1 и 2 света так, что, перпендикуляр к плоскости подложки лежит в плоскости оптических осей источников 1 и 2 под углом каждой из них. Перед люминофором размещена маска 5, коллими- рующая световой пучок, падающий на люминафор от источника 1 света, а также световой пучок от резонансных ламп, падающий на люминофор и эталон Аый приемник 6, представляющий собой фотохимическую кювету для проведения актинометрии с системой регистрации выхода продуктов фотолиза актинометра, размещенный за люминофором перпендикулярно оптической оси резонансных ламп. Между резонансными лампами и маской размещены кассета с сетчатыми сменными фильтрами 7 с пропусканием 1 - 100% и кассета с окном 8, идентичным входному окну фотохимической кюветы, размещаемая перед люминофором или убираемая. В пространстве между оптическими осями источников 1 и 2 света расположено зеркало 9, отражающее излучение люминофара на ФЭУ 10.

Измерение спектрального распределения интенсивности излучения на выходе монохроматора проводят следующим образом.

I. Образ уют излучением резонансного источника 2 в течение определенного отрезка времени фотохимическую кювету 6, в которую напущен актинометр (например, О, NOCl, ) при

5

0

5

0

5

0

5

O

9

давлении, обеспечивающем полное поглощение излучения. Зная абсолютный квантовый выход р (А) образования конечного продукта фотолиза актинометра (Oj, N0, Nj соответственно), по его концентрации определяют количество фотонов 1(Д), .фотон/с , прошедших через входное окно фотохимической кюветы.

.Помещают перед фотохимической кюветой окно 8 той же толщины и из того .же оптического материала, что и входное окно кюветы и люминофор. Измеряют величину фототока ФЭУ I (), вызванного люминесценцией люминофора. Окна перед люминофором и фотохимической кюветой идентичны, поскольку изготовлены из одного монокристалла и имеют одинаковую толщину (спектрапь- ные зависимости коэффициентов их пропускания проверяют в спектральном эксперименте) следовательно, влияние при калибровке пропускания окна фотохимической кюветы исключается.

Входное окно фотохимической кюветы приклеивают к сплаву 47НХР с помощью термостойкой пасты, кювета изготовлена цельносварной. Это позволяет обеспечить постоянство и одинаковость коэффициентов пропускания окон перед люминофором и перед актинометром в течение длительного времени.В случае необходимости кювету и окно можно легко заменить.

III.Дополнительно помещают перед люминофором сетки 7 с калиброванной прозрачностью и убеждаются в линейной зав исимости фототока ФЭУ 10 от интенсивности падающего на люминофор излучения (условие соблюдается при изменении отношения интенсивностей световых пучков, падающих на приемники в диапазоне 1-100).

iV. Операции I я II повторяют с другими резонансными лампами, измеряя 3. (Л)и I(). Поскольку В БУФ облас- ти спектра квантовый выход люминесценции салицилата натрия не должен .зависеть от энергии фотона, должно выполнят ься равенство 1 (Д) J; (А) const.

у . Облучают люминофор излучением монохроматора источника 1 и измеряют величину фототока ФЭУ i()), расчитывают интенсивность излучения по фор,f .-. ./.N Ji(A) фотон муле Л(Д) i() Н

VI, При необходимости вводят в 1илюзовую камеру 3 газовый фильтр

31226079

(кислород, воздух, NjO, NOCl), имею- .щий границу прозрачности такую же, как актинометр, и убеждаются в отсутствии излучения, не детектируемого люминофором. В противном случае вводится поправка Д1,(А), которая не должна превышать несколько процентов от 1.,(А).

Пример. Элементы устройства

няты: коэффициент усиления ФЭУ 10, квантовый выход фотоэмиссии фотокатода 10%).

Наиболее удобный для использования в данном устройстве - актинометр Oj .Квантовый выход образования озо- на при фотолизе 0 в спектральной

области 193-102 7 при достаточно больших (100 торр) его давлениях для измерения J() размещены в конст- ю при циркуляциях 0 равен 2,00 с точ- рукции, вакуумно-плотно присоединен- ностью не ниже 1%. Выход озона изменой к блоку выходной щели вакуумного ряется по поглощению им излучения монохроматора источника 1 и отдельной от шлюзовой камеры 3 окном из MqF.

Ломинофор наносят из спиртового раст- 15 (/ 130 см амт ). При объеме фотохимической кюветы с циркуляционной системой порядка 100 см , использортутной резонансной лампы нм

в спектрометрической кювете с

вора салицилата натрия на кварцевую подложку, однозначно размещенную под углом 45° к осям световых пучков или убираемую. Непосредственно перед люминофором жестко под углом 45° к осям световых пучков закреплена маска 5 с почерненными краями. Линейные размеры прямоугольного отверстия в маске не превьщ1ают в плоскости маски линейные размеры любого из световых пучков. Между маской и резон.ансной лампой с помощью вилсоновского уплотнения могут поочередно размещаться калиброванные сетки 7 с прозрачностью в диапазоне.

20

вании двухлучевой схемы для измерения концентрации 0(эксперимент показал,

т

10 при этом измечто поглощение

25

ряется с точностью не ниже 3%) и облучении О. в течение 100 с можно из1Ъ

мерить величину Ii(N)10 фотон/с (с точностью не ниже 4%).

Коэффициент поглощения 0 при Л 254 нм, как показали эксперименты, известен с точностью не ниже 2%.

Динамические диапазоны эталонного

. „ ..и неселективного приемников обеспенапример, 1-30%. Часть светового пото-,п

,Ji чивают линейную зависимость сигнала

ка люминесценции люминофора с помощью

ФЭУ от интенсивности световых потоков возможность эталонирования неселективного приемника и изменения J(Л) на выходе монохроматора с 7()10 35 фотон/с. Точность определения U(A) зависит от точности, с которой известен Фр5 (О (.1%), определяется законами физико-химических процессов, протекающих при фотолизе 0 f (А) 40 (-2%), точностью и змррения коэффициентов пропускания окон из MqF (1%), точностью измерения поглощения излучения Л 254 нм озоном ($3%) и точностью измерения 1(А) (1%), объема (1%) и 45 времени фотолиза (1%). Таким образом, реальная точность ..змерения (А) не превышает 5%. Затраты времени на абсолютную калибровку неселективного приемника не превьш1ают 1 ч, так что 50 ее можно проводить ежедневно.Поскольку калибровка люминофора проводится на трех длинах волн (по краям и в центре диапазона А 190-110 нм), влияние возможного изменения величины 55 Ф(Л) на точность калибровки снижается. Размеры входного окна эталонного ;1риемника могут быть сделаны достаточно большими (вплоть до мм)

зеркала 9 попадает на ФЭУ 10, например ФЭУ-71, работающий в режиме постоянного тока.

Расположение фотохимической кюветы, маски, люминофора и ФЭУ гарантирует одинаковую геометрию световых пучков, достигающих поверхностей люминофора и кюветы при облучении их резонансной лампой, а также поверхности люминофора и входного окна ФЭУ при облучении люминофора излучением монохроматора или резонансной лампы, поскольку световые пучки от источников 1 и 2 све- та попадают под одинаковым углом на поверхность люминофора, а угловые распределения интенсивности излучения люминофора подчиняются косинусному закону.

Рабочий диапазон токов ФЭУ-71, в котором имеет место линейная зависимость фототока ФЭУ от интенсивности падающего на него излучения 10- 10 А что при реальном выходе люминесценции салицилата натрия порядка 10% и сборе на фотокатод ФЭУ порядка 10% излучаемого люминофором света соответствует световому потоку падающему на люминофор Ю -10 фотон/с (приняты: коэффициент усиления ФЭУ 10, квантовый выход фотоэмиссии фотокатода 10%).

Наиболее удобный для использования в данном устройстве - актинометр Oj .Квантовый выход образования озо- на при фотолизе 0 в спектральной

области 193-102 7 при достаточно больших (100 торр) его давлениях при циркуляциях 0 равен 2,00 с точ- ностью не ниже 1%. Выход озона измеряется по поглощению им излучения

области 193-102 7 при достаточно больших (100 торр) его давлениях при циркуляциях 0 равен 2,00 с точ- ностью не ниже 1%. Выход озона измеряется по поглощению им излучения

(/ 130 см амт ). При объеме фотохимической кюветы с циркуляционной системой порядка 100 см , использортутной резонансной лампы нм

в спектрометрической кювете с

вании двухлучевой схемы для измерения концентрации 0(эксперимент показал,

т

10 при этом измечто поглощение

ряется с точностью не ниже 3%) и облучении О. в течение 100 с можно из1Ъ

мерить величину Ii(N)10 фотон/с (с точностью не ниже 4%).

Коэффициент поглощения 0 при Л 254 нм, как показали эксперименты, известен с точностью не ниже 2%.

ФЭУ от интенсивности световых потоков, возможность эталонирования неселективного приемника и изменения J(Л) на выходе монохроматора с 7()10 фотон/с. Точность определения U(A) зависит от точности, с которой известен Фр5 (О (.1%), определяется законами физико-химических процессов, протекающих при фотолизе 0 f (А) (-2%), точностью и змррения коэффициентов пропускания окон из MqF (1%), точностью измерения поглощения излучения Л 254 нм озоном ($3%) и точностью измерения 1(А) (1%), объема (1%) и времени фотолиза (1%). Таким образом, реальная точность ..змерения (А) не превышает 5%. Затраты времени на абсолютную калибровку неселективного приемника не превьш1ают 1 ч, так что ее можно проводить ежедневно.Поскольку калибровка люминофора проводится на трех длинах волн (по краям и в центре диапазона А 190-110 нм), влияние возможного изменения величины Ф(Л) на точность калибровки снижается. Размеры входного окна эталонного 1риемника могут быть сделаны достаточно большими (вплоть до мм)

что также повышает точность калибровки.

Формула изобретения

Способ калибровки неселективного приемника света по эталонному неселективному приемнику света, чустви- тельного в вакуумной ультрафиолетовой области спектра при облучении его излучением длиной волны нм и фиксированной энергии фотонов, отлич ающийся тем, что,

целью повьшения точности измерений, облучение неселективного приемника

осуществляют не менее чем на трех длинах волн в спектральной области

190 - 110 нм при одной и той же апертуре светового пучка, падающего на приемники света через одинаковые оптические материалы одинаковой тол«

щины, изменяют отношение интенсив- ностей световых пучков, падающих на приемники, в диапазоне 1-100 и после этого измеряют величину фототока неселективного приемника света.

Изобретение повьппает точность измерений за счет калибровки неселективного приемника света по эталонному приемнику в вакуумной ультрафиолетовой области спектра при облучении неселективного приемника света излучением не менее чем на трех длинах волн в спектральной области 190-110 нм и при одной и той же апертуре светового пучка. Пучки пропускают через одинаковые оптические материалы одинаковой толщины, затем изменяют отношение интенсивностей световых пучков, падающих на приемники, в диапазоне 1-100 и измеряют величину фототока неселективного Приемника света. 1 ил. j ю ю Од со

1:

и

6

V «

W

Составитель В. Дорофеев Редактор О. Юрковецкая Техред В.Кадар Корректор М. Максимишинец

Заказ 2112/30 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д. 4/5

.Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

41