Интерференционный спектральный прибор

 

Сущность изобретения: прибор содержит оптически связанные дифракционну решетку с симметричным профилем штрихов, дополнительное зеркало, расположенное перпендиккулярно решетке, регистрирующее устройство, содержащее фотоприемник, два синхронных детектора, каждый из которых выполнен с двумя входами и выходом, генератор, удвоитель частоты, блок векторного сложения электрических сигналов и индикатор. На одном из автоколлимационных зеркал закреплена прозрачная кювета для исследуемого вещества, а регистрирующее устройство снабжено дополнительным индикатором и блоком обработки, который выполнен с двумя входами и выходом, при этом два входа блока обработки подключены к выходам синхронных детекторов, а выход подключен к дополнительному индикатору. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1 483286 (gg 4 С О1 Т 3/45

3И И3И.9 пвпкт..;.- =".,ч сил

Е. :5» 1iQ ГЕ1(Д

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3798624/24-25 (22) 08.10.84 (46) 30.05.89, Бюл, ¹ 20 (71) Всесоюзный научно-исследовательский центр по изучению свойств поверхности вакуума и ЛГУ им, А.А, Жданова (72) Н,А„ Кириченко, А,И. Лопатин, В.И, Раховский и А.Б. Иоаннисиани (53) 535.853(088.8) (56) Зайдель А,Н,, Островская Г,В., Островский 10.И. Техника и практика спектроскопии, M.: Наука, 1972, с. 356.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1085361,кл. G 01 J 3/26, 1982. (54)(57) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ ПРИБОР, содержащий оптически связанные дифракционную решетку с симметричным профилем штрихов, дополнительное зеркало, расположенное перпендикулярно решетке, при этом один из указанных элементов является модулирующим, два автоколлимационных зеркала, имеющих общую подложку, снабженную приводом вращения, причем одно из автоколлимационных зеркал жестко закреплено на подложке через дополнительную плоскопараллельную подложку, а также регистрирующее устройство, содержащее фотоприемник, оптически связанный с дифракционной решеткой, два синхронных детектора, каждый из которых выполнен с двумя входами и выходом, генератор, удвои-, 2 тель частоты, блок векторного сложения электрических сигналов и индикатор, при этом выход фотоприемника подключен к первым входам синхронных детекторов, первый выход генератора подключен к второму входу одного из детекторов непосредственно, второй вход второго детектора подключен к генератору через удвоитель частоты, а второй выход генератора подключен к модулирующему элементу интерференционного спектрального прибора, выходы обоих детекторов подключены к индикатору через блок векторного сложения сигналов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью измерения дисперсии показателя преломления,, .Ф на одном из автоколлимационных зеркал закреплена прозрачная кювета для исследуемого вещества, а регистрирую- С. щее устройство снабжено дополнительным индикатором и блоком обработки, .который выполнен с двумя входами и выходом так, что осуществляет операцию 4:ь

Uiä

arctg

"аю где Uu — амплитуда сигнала с выхода первого синхронного детектора;

Ue — амплитуда сигнала с выхода второго синхронного детектора, при этом два входа блока обработки подключены к выходам синхронных детекторов, а выход подключен к дополнительному индикатору, 1483286

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению.

Целью изобретения является измерение дисперсии показателя преломления, На фиг, 1 показана оптическая схема интерференционного спектрального, прибора; на фиг. 2 — схема регистрирующего устройства к интерференционному спектральному прибору, Интерференционный спектральный прибор содержит дифракционную решетку 1 с симметричным профилем штрихов, дополнительное зеркало 2, подложки

3 и 4, автоколлимационные зеркала 5 и б,кювету 7 для исследуемого вещества, Подложка 3 снабжена приводом вращения, причем ось вращения расположена на линии пересечения дополнительного зеркала 2 и решетки 1, Подложка 4 закреплена на половине рабочей поверхности подложки 3. Кювета 7 для исследуемого вещества установлена в одном из плеч интерференционного спектрального прибора, Дифракционная 25 решетка или дополнительное зеркало 2 является модулирующим. На фиг.! показан ход лучей, соответствующий нулевой интерференционной полосе, Регистрирующее устройство содержит оптическую часть интерференциойного спектрального прибора 8, фотоприемник 9, первый синхронный детектор 10 второй синхронный детектор

11 генератор 12 удвоитель 13 частоЭ Ф

35 ты, блок 14 векторного сложения электрических сигналов, блок 15 обработки, индикаторы 16 и 17. Блок обработки выполняет операцию

arctg —П<д

40 ц У где П<д — амплитуда сигнала с выхода первого синхронного детектора;

П д — амплитуда сигнала с выхода 45 второго синхронного детектора, Интерференционный спектральный прибор работает следующим образом, Параллельный пучок от источника

50 сплошного спектра нормально падает на дифракционную решетку 1 и дифрагирует на пучки излучения одинаковой интенсивности правый и левый так, что излучение с большой длиной волны составляет больший угол с нормалью к поверхности решетки. Левый пучок излучения и отраженный от дополнительного зеркала 2 правый пучок излучения направлены параллельно па под-. ложку 3. Плоскопараллельность дополнительной подложки 4, закрепленной жестко путем оптического контакта на половине рабочей поверхности подложки 3, обеспечивает параллельность отражательных поверхностей автоколлимационных зеркал и, следовательно, выполнение условия автоколлимации одновременно для обоих пучков излучения при настройке спектрометра на определенную длину волны,, После автоколлимационного отражения от зеркала б правого пучка, а от зеркала 5 левого пучка дважды прошедшего через прозрачную плоскопараллельную кювету 7 для исследуемого вещества с показателем преломления

n(h), оба пучка распространяются по своим путям в обратном направлении на дифракционную решетку 1, где они дифрагируют нормально к ее поверхности и интерферируют,, Перемещение решетки 1 в направлении, перпендикулярном ее штрихам, позволяет периодически изменять разности фаз интерферирующих пучков света, а следовательно, и интенсивность выходящего пучка излучения с длиной волны 1, Поскольку переменная сос— тавляющая потока излучения на выходе спектрофотометра в этом случае опредяется лишь излучением с длиной волны Л,, в спектрометре реализуется когерентная модуляция измеряемого потока излучения, При сканировании по спектру подложку 3 вращают вокруг оси, расположенной на линии пересечения дополнительного зеркала 2 и решетки l u последовательно наблюдают положения автоколлимации для исследуемых длин волны 3, Без кюветы на фотоприемник поступает поток излучения, переменная составляющая которого описывается формулой

Т(7)=Х, (Ъ)Ч(h)«>9(7), где Х () — интенсивность излучения, поступающего на спектральный прибор;

W(A) — амплитуда компонента .функции пропускания спектрального прибора; (a) — разность фаз интерферирующих пучков.

5 14832

Если в одно из плеч интерферометра помещена поглощающая кювета, то амплитуда одной из интерферирующих волн изменяется на величину опредеУ

5 ляемую амплитудным коэффициентом поглощения o(а фазовая компонента приобретет добавку, определяемую амплитудным коэффициентом поглощения g, .а фазовая компонента приобре- 10 тет добавку, определяемую показателем преломления, Тогда функция про-. пускания интерференционного спектрального прибора описывается формулой 15

1 (jl)=I ()е ы()сов(Р(Я)- — т — )

1о (3)=?о =consЕ

В силу ахроматической модуляции в, 30 рассматриваемой оптической схеме ((3) можно представить в виде ((P ) = P, (3) + a s i n(pt, Необходимо выполнить условие

К, I< (a) K Ig (a), которое осуществляется выбором соот40 ветствующих коэффициентов усиления

К и Kq и его амплитуды модуляции а.

Блок 14 обработки из сигналов () и U >(3) осуществляет операцию, описываемую формулой

IoMgil) е =Н(3); () 2Г(п-1)1 . ) 45

/Н(Я) / х,(Я) = тогда

1 а блок 15 обработки — операцию, описываемую формулой.

Х () = arctg (— — = arctg (- — — )х

Гцю 1 Н(3) . 1

Н(3) х tg P (jl) = - Р(Д), 55 пРичем Х ((() несет информацию только об амплитуде коэффициента поглощения

Ы (3), à Xg(A) — только о показателе преломления n(3) . Последующая обработка регистрограмм дает непосредгде 1 — толщина поглощающего слоя, Влияние окон кюветы в амплитудной составляющей можно не учитывать, а в фазовой включить в 4 (A), В случае использования источника сплошного спектра (il) =I.È(ß) å соз(Р(Д)где 4 „(h) — фазовая составляющая, зависящая от длины волны

) а — амплитуда модуляции; (д — частота модуляции; время.

Для упрощения дальнейших выкладок обозначим

? (Ц =H(3) cos (9(3)+asinQt) .

Преобразуем

I (il)=H(jl) cost(P) cos(asinat)-Н(3) sing(P) sin(asinQt), Раскладывая в ряд Фурье,-получим сов(автои)=I<(a)+21 (a)cos2dt;

sin(asinQt)=2Iq(а)sincat, где I — функция Бесселя I порядка;

И вЂ” функция Бесселя II порядка.

86 6

Амплитуда первой гармоники описыэ вается формулой

Т (Я ) =-Н(Я) sin (4 (ß)) 21 (а), второй - формулой

Igz (B) = (h) «s j (h)1 2Iq (a) .

Первый синхронный детектор 10 Bbl деляет из сигнала, регистрируемого фотоприемником 9, первую гармонику с помощью опорного канала, подаваемого íà его второй вход от генератора 12. Второй синхронный детектор ll выделяет из сигнала, регистрируемо„го фотоприемником 9, вторую гармонику с помощью опорного сигнала, пода- ваемого на его второй вход от генератора 12 через удвоитель 13 частоты, Сигналы с выходов обоих синхронных детекторов 10 и 11 поступают на два входа двух блоков 14 и 15 обработки электрических сигналов и затем на индикаторы 16 и 17, В регистрирующем устройстве сигналы, поступающие на входы блоков 14 и 15 обработки можно представить в виде

П(д(Я) = К 1(о(Я); П (д(Я) = K Iq@(jl), т;це К1- коэффициент усиления синх" ронного детектора 10

К - коэффициент усиления синхронного детектора 11, 1483286 новременно, Составитель С.Иванов

Техред M. Ходанич Корректор M,Âàñèëüева

Редактор И,Рыбченко

Заказ 2818/38 Тираж 466 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ CCCl

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,!01 ственное спектральное распределение величин п(l) и e((Д), а следовательно, и коэффициента экстинции

3 (jl) = -" зарегистрированных одо(Ъ

47Г