Фурье-спектрометр

 

Изобретение относится к спектрально-измерительной технике и может быть использовано для измерения спектров оптического излучения в условиях повышенной вибрации, например, на борту летательных аппаратов, а также в других областях науки и техники. Цель изобретения - повышение точности и улучшение эксплуатационных характеристик Фурье-спектрометра за счет упрощения юстировки, уменьшения габаритов. Фурье-спектрометр содержит последовательно установленные линейный поляризатор 1, кристаллооптическую систему 3, линейный поляризатор 2 и матричный фотоприемник 4. Кристаллооптическая система 3 выполнена в виде двух двулучепреломляющих клиньев, кристаллооптические оси которых взаимно перпендикулярны. Матричный фотоприемник 4 через регистрирующую систему 5 связан с микроЭВМ 6. Распределение интенсивности в интерференционной картине, регистрируемой фотоприемником 4, зависит от разности фаз и спектрального состава излучения на выходе поляризатора 2. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к спектрально-измерительной технике и может быть использовано для измерения спектров оптического излучения в условиях повышенных вибраций, например, на борту летательных аппаратов, а также в других областях науки и техники. Целью изобретения является повышение точности и улучшение эксплуатационных характеристик Фурье-спектрометра за счет упрощения юстировки и уменьшения габаритов. На фиг. 1 приведена оптическая схема Фурье-спектрометра; на фиг. 2 то же, вариант; на фиг. 3 кристаллооптическая система. Оптическая система Фурье-спектрометра содержит (фиг. 1) линейные поляризаторы 1 и 2 света (призмы Глана-Томпсона), кристаллооптическая система 3 и фотодиодная матрица (матричный фотоприемник) 4, регистрирующая система 5 и микроЭВМ 6. Кристаллооптическая система 3 (фиг. 3) содержит первый 7 и второй 8 двулучепреломляющие клинья, кристаллооптические оси которых взаимно перпендикулярны. Направления кристаллооптических осей клиньев показаны стрелками. Фурье-спектрометр, оптическая схема которого показана на фиг. 2, использует в качестве анализатора поляризационный лучерасщепитель 9, а также дополнительный матричный фотоприемник 10. Рассмотрим работу устройства для случая, когда кристаллооптическая система (фиг. 2) имеет угол α 90^o. В этом случае ее работа аналогична известному компенсатору Бабине. Направления пропускания поляризаторов 1 и 2 параллельны. Кристаллооптические оси двулучепреломляющих клиньев кристаллооптической системы 3 взаимно перпендикулярны и расположены под углом 45^o к направлению пропускания поляризаторов 1 и 2. Устройство работает следующим образом. Световой пучок исследуемого спектрального состава линейно поляризуется поляризатором 1. В первом двулучепреломляющем клине 7 кристаллооптической системы 3 при этом возбуждаются две равные по интенсивности линейно поляризованные нормальные волны кристалла обыкновенная и необыкновенная соответственно, которые распространяются вдоль оптической оси спектрометра с различными фазовыми скоростями, определяемыми обыкновенным и необыкновенным показателями преломления материала клина, что приводит к изменению состояния поляризации по сечению исследуемого светового пучка. Во втором клине 8 направления поляризации нормальных волн перпендикулярны направлениям поляризации нормальных волн первого клина 7, что приводит к изменению знака разности фаз между нормальными волнами на противоположный. На выходе кристаллооптической системы 3 происходит сложение взаимно перпендикулярных линейно поляризованных волн, что приводит к модуляции состояния поляризации светового пучка по сечению, обусловленной разностью фаз, приобретенной при прохождении кристаллооптической системы 3. После прохождения таким пучком поляризатора 2 по полю пучка наблюдается интерференционная картина в виде полос, перпендикулярных направлению эквивалентного клина, образованного клиньями 7 и 8. Распределение интенсивности в полученной интерференционной картине зависит от разности фаз и спектрального состава излучения. Полученное распределение интенсивности измеряется с помощью матричного фотоприемника 4 и регистрирующей системой 5 преобразуется к виду, пригодному для ввода в микроЭВМ 6, которая выполняет преобразование Фурье и вычисляет спектральный состав исследуемого светового пучка. При использовании кристаллооптической системы 3 с a 90^o (фиг. 2) в плоскости матричного фотоприемника 4 период интерференционной картины (полос в направлении оси Х) линейно изменяется в направлении, перпендикулярном оси Х, что позволяет более детально измерять период полос и распределение интенсивности вблизи нулевой полосы, а следовательно повышать точность измерений по отношению к прототипу. Если в предлагаемом устройстве линейные поляризаторы 1 и 2 находятся в скрещенном состоянии, то полученная интерференционная картина является дополнительной к интерференционной картине, получаемой при параллельной установке поляризаторов 1 и 2, т.е. положения максимумов и минимумов в распределении интенсивности поменяются местами, что может быть использовано для исключения влияния неоднородности фронта светового пучка на результат измерений. Такая возможность реализована в Фурье-спектрометре, где в качестве поляризационного анализатора используется поляризационный лучерасщепитель 9 (призма Волластона), одно из направлений пропускания которого параллельно, а второе перпендикулярно направлению пропускания поляризатора 1, а матричные фотоприемники 4 и 10 установлены на выходе призмы Волластона. В таком Фурье-спектрометре на разность нормированных сигналов фотоприемников 4 и 10 неоднородность сечения светового пучка не оказывает влияния. В предлагаемом устройстве разность фаз интерферирующих пучков формируется в жесткой кристаллооптической системе, что при определенных условиях ее исполнения (a 90^o) позволяет повысить точность измерения, обеспечивает стабильность разности фаз при эксплуатации в условиях повышенных вибраций, например, на борту летательных аппаратов. Устройство может быть выполнено в виде компактного моноблока, что упрощает его эксплуатацию и повышает надежность измерений. Значительная область локализации интерференционной картины дает возможность непосредственного измерения распределения интенсивности в интерференционной картине без применения согласующей оптики, что снижает габариты и упрощает процесс измерения, кроме того, дает возможность исключить влияние неоднородности фронта исследуемого пучка на результат измерений.

Формула изобретения

1. Фурье-спектрометр, содержащий матричный фотоприемник, соединенный через электронную систему регистрации с микроЭВМ, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и улучшения эксплуатационных характеристик, он дополнительно содержит последовательно установленные перед матричным фотоприемником и оптически связанные с ним линейный поляризатор, кристаллооптическую систему и линейный анализатор, причем кристаллооптическая система выполнена в виде двух последовательно установленных двулучепреломляющих клиньев, кристаллооптические оси которых взаимно перпендикулярны. 2. Фурье-спектрометр по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем исключения влияния неоднородности волнового фронта измеряемого светового пучка, он дополнительно содержит второй матричный фотоприемник, а анализатор выполнен в виде поляризационного светоделителя, второй выход которого оптически связан с вторым матричным фотоприемником, соединенным с электронной системой регистрации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        

---