Устройство для измерения оптического спектра

 

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

СО03 С08ЕТСННХ

cajw

PKOlYSJNH

5426 А

as 01) за с о

ГббУДФФФТНВЮЫЙ КОЫИТЕТ СССР

Л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,/ = . (21) 3426434/24-24; 3426433/24-25 (22) 22.04.82 (46) 23. 11. 84. Бюл. 8 43 (22) А.А.Померанский и Ю.Ф.Томашевский (71) Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии (53) 535.853.4(088.8) (56) 1. Инфракрасная спектроскопия.

Сб. статей. М., "Мир", 1972, с. 59.

2. Там ке, с. 13-56 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ОПТИЧЕСКОГО СПЕКТРА, содержащее источник излучения, Фурье-спектрометр с блоком перестройки разности хода, блок регистрации с фотоприемной частью и блок обработки информации, о т л и ч а ю щ е е с я 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. И

3 1125

Изобретение относится к спектральным приборам и может быть использовано в спектроскопии высокого разрешения.

Известны устройства для измерения

5 оптического спектра, основанные на использовании мультиплекс-интерферометра Фабри-Перо, состоящие,из нескольких последовательно установленных интерферометров Фабри-Перо с кратными синхронно сканируемыми разностями хода (1 ).

Недостатками таких устройств является большое время измерения и сложность последовательного выделения отдепьпых спектральных элементов в широком спектральном диапазоне.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для измерения оптического спектра, содержащее источник излучения, Фурьеспектрометр с блоком перестройки разности хода, блок регистрации с фотоприемной частью и блок обработки информации (2 ).

Недостатками из ве стного ус троис тва являются низкая разрешающая способность и сложность регистрирующей и механической частей Фурье-спектроЗО метра, обусловленные наличием вторичных максимумов аппаратной функции устройства и большой величиной требуемого интервала. сканирования.

Целью изобретения является увеличение разрешающей способности и упро-З5 щение регистрирующей и механической частей Фурье-спектрометра.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения оп.— тического спе .тра, содержащем источ40 ник излучения, Фурье-спектрометр с блоком перестройки разности хода, блок регистрации с фотоприемной частью и блок обработки информации, между Фурье-спектрометром и блоком регистрации установлен интерферометр

Фабри-Перо с блоком сканирования, управляющие входы блока обработки информации соединены с входом управ-ления блока перестройки разности

Фурье-спектрометра и блока сканирования иптерферометра Фабри-Перо.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 — графическая иллюстрация вы- -" 5 деления из спектра излучения частей, состоящих из ряда эквидистантных спектральных элементов.

476 2

Устройство содержит источник 1 излучения и расположенные по ходу луча Фурье-спектрометра 2 с блоком Э перестройки разности хода интерферометр 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 состоянйя производится измерение значений автокорреляционной функции для M 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 об работки информации в виде двумерного массива Х (i, j,), где i (но— мер строки) изменяется от 1 до

N, 1 (номер столбца)-от 1 до М.

Возможны различные режимы работы устройства в зависимости от порядка заполнения оперативного запоминаю— щего устройства. В одном из них заполнение производптся последова— тельно по столбцам, в другом — по строкам.

В первом режиме после окончания регистрации начального значения автокорреляционной функции из блока 6 регистрации это значение передается в блок 7 обработки информации, который выдает сигнал на вход управления блока 5 сканирования, изменяющего разность хода интерферометра 4

3 11254 на один шаг. Регистрируется значение автокорреляционной функции при новом значении разности хода интерферомет— ра 4. Этот цикл повторяется до заполнения первого столбца, после чего блок обработки информации выдает сигнал на вход управления блока 3 перестройки,,который изменяет разность хода Фурье-спектрометра 2 на шаг, и вновь производится N шагов сканиро- 10 вания интерферометра 4. Эта процедура повторяется M pas до полного формиров ан ия мас си в а.

Во втором режиме посЛе окончания регистрации начального значения авто-15 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 сканированият, который изменяет разность хода интерферометра 4 на один шаг, и вновь производится M шагов перестройки разности хода Фурьеспектрометра 2. Эта процедура повторяется N раз до полного формирования массива.

Блок обработки информации вычис35 ляет Фурье-.образ автокорреляционной функции для каждой из N частей спектра по M зарегистрированным значениям этой функции, поскольку мощность

40 излучения, прошедшего последовательно через Фурье-спектрометр 2 и интерферометр 3 Фабрп-Перо, равна значению автокорреляционной функции для

f части исследуемого спектра, состоя45. щей из ряда эквидиотантных спектральных элементов с шириной, определяемой аппаратной функцией интерферометра

Фабри-Перо.

Частота каждого спектрального

50 элемента определяется по измеренной разности хода интерферометра ФабриПеро. На фиг. 2 показано выделение из спектра 8 частей 9 и 10, каждая из которых состоит из ряда экви55 дистантных спектральных элементов, причем интервал между .спектральными

76 4 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. Лвтокорреляционная функция для каждой части спектра является периодичес— кой 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 1/26 . 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 †Пе

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 Р = 400 раз. Для достижения разрешающей способности, соответствующей известному устройству, достаточно изменять разность хода Фурье-спектрометра на величину, в 40 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, увеличи- . вается в 40 раз разрешающая способ— ность, при этом толщина интерферометра Фабри †Пе 2 м и разрешающая способность достигает 10 . Кроме того, ввиду уменьшения числа одновременно регистрируемых спектральных элемен;тов возможно уменьшение объема оперативного запоминающего устройства в 20 раз.

1125476 а

Составитель А.Иедведев

Техред Д.Еощвбинк Корректор М.Леонтюк °

Редактор В,Данко

Филиал ППН "Патент", г.уигоред, ул.Проектная, 4

Заказ 8529/30 Тирам 822 Подписное

ВНИИПИ Государетвенного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, и"35, Рауийжан иаб., д. 4/5