УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОТОСМЕЩЕНИЯ В ОПТИЧЕСКОМ ГЕТЕРОДИННОМ СПЕКТРОМЕТРЕ Советский патент 1974 года по МПК G01J1/36 

1

Изобретение относится к приборам, служащим для спектрального анализа излучения ОКГ и может быть применено в оптических гетеродинных спектрометрах для исследования и контроля многомодового излучения ОКГ непрерывного действия в лабораторных и заводских установках.

Известно устройство для фотосмещения в установках с оптическим гетеродинированием, состоящее из зеркала, полупрозрачной пластины, линзы, фотохромной пластины и фотоприемника.

Недостатком известного устройства является невозможность получения сигнала биений между типами колебаний, отличающихся угловыми индексами. Это устройство пригодно только для фотосмещения продольных мод.

Для обеспечения одновременного анализа сигналов биений между частотой опорного одномодового коллимированного пучка и всеми модами основного пучка без возрастания уровня квантовых шумов фотоприемника в предлагаемом устройстве перед полупрозрачной пластинкой в опорный монохроматический пучок введен фильтр с асимметричным по сечению распределением коэффициента пропускания.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства, включающего асимметричный

фильтр 1, фокусирующую линзу 2, полупрозрачную пластинку 3, зеркало 4, фотохромную пластинку 5, ФЭУ 6.

Опорный пучок представляет собой коллимированное одномодовое лазерное излучение типа ТЕМ с амплитудой

о, еР, ехр - (х + у ) all

где ЕО - амплитуда светового поля; х, у-координаты иоля; а - параметр, зависящий от длины резонатора, радиуса кривизны отражателя, расстояния от центра резонатора до рассматриваемой поверхности.

Основной пучок может содержать несколько мод любого типа, его спектральный состав служит предметом анализа. Линза 2 фокусирует основной пучок в плоскость фотокатода ФЭУ, вплотную к которому установлена фотохромная пластинка. Фотохромная пластинка работает в режиме просветления, для чего предварительно активируется ультрафиолетовым излучением до максимального потемнения. Последующее воздействие более длинноволнового излучения приводит к увеличению коэффициента пропускания пластинки.

Фильтр 1 изготавливают с определенным

распределением коэффициента пропускания

по сечению Т(х, у), так что в результате гетеродинирования получают сигнал на разностной частоте, пропорциональный величине

(, с/)Я/(а)(г/а)Х

X ехр -(а + а) ( г/) dxdy,

где Нр, Hq - полином Эрмита р и д степени.

При отсутствии фильтра Т(х, у) 1, , если р или q - нечетные. Таким образом, распределение Т(х, у) должно исключать антисимметричности такого типа, какие присутствуют в распределении амплитуды любой четно-нечетной и нечетно-нечетной лазерной моды, которая практически может встретиться- в излучении газового О КГ.

Сначала опорный пучок перекрывается и фотохромная пластинка экспонируется основным пучком, поле которого на фотокатоде представляет собой совокупность кружков Эйри от отдельных пятен каждой моды, и просветляется в соответствующих точках. Затем открывается опорный пучок и в течение некоторого времени, определяемого инерционностью фотохромной пластинки порядка нескольких секунд, ведется анализ спектра биений. Фотосмешение происходит только в пределах кружка Эйри. Радиус кружка Эйри должен быть таким, чтобы удовлетворялось

условие эффективного смешения для поперечной моды с самыми высокими угловыми индексами.

Ортогональность антисимметричных мод основного пучка продольной моде коллимированного пучка устранена посредством асимметричного фильтра.

Фотохромная пластинка экранирует неиспользуемую часть опорного пучка, падающего на фотокатод, чтобы исключить рост квантовых шумов за счет дополнительной засветки.

Предлагаемое изобретение позволяет методом оптического гетеродинирования проводить полный качественный анализ излучения О КГ и режиме продольных и поперечных мод.

Предмет изобретения

Устройство для фотосмещения в оптическом гетеродинном спектрометре, содержащее фокусирующую линзу, полупрозрачную пластину и фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью одновременного анализа сигналов биений между частотой опорного одномодового пучка и всеми модами основного пучка, в опорном пучке перед полупрозрачной пластиной по ходу пучка установлен асимметричный фильтр.