Внутрирезонаторный лазерный спектрофотометр
Изобретение относится к области оптического спектрального приборостроения . Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение диапазона исследуемых веществ . Генерация излучения ведется в лазере со сложным резонатором, Состояпу1М из зеркаи А, 5, 10, И, первого и второго спектроделителей 8 и 9, В резонаторе устлнонпена кювета 6 для исследуемого вещества. Между спектроделителем 9 и зерк.гпом 10 установлен первый рег-улируемый осла- Митель 12, а между спектроделителем 9 и зеркалом 1I - второй регулируег-я,1Й ослабитель 13. ni)if генерации излучения электронный блок 16 обработки определяет разницу в коэффициентах пропускания кюветы 6 и регулируемого ослабителя 12. С помошью ослабителя 13 добиваются отсутствия структуры в спектре излучения. При наличии вешества в кювете 6 коэффициент поглощения при равенстве глубин провалов для ра-зных частот определяется по коэффициенту потерь ослабителя 12, Споктродглители 8, 9 выполнены так, что их спекчрм пропускания имеют вид двух полос, спектральная ширина которых в 10 раз меньше ширины контура усиления и спектрального иперпала между полосаьш разных спектроделитапей. Спектрофотометр имеет Bs.icoKyio чувствительность (до .10 см ) и rbicoicj точность измерения (0 см ) в широком диапазоне величин ослабления СО З-юсм ). 4 ил. (/: с 4 СО 00 СП СП
СОЮЗ СОВЕТСНИ социАлистичесжих
РЕСПУБЛИХ (51) 5 G 01 J 3/42
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХОМИТЕТ
rlo изОБРетениям и отнРытиям
ПРИ ГКНТ СССР (46) 07.07.92.8)t<«st. М 25 (21) 4211624/25 (22) 19.01.87 (71) Институт опт««ки атмосферы СО
AH СССР (72) М.М.Макогон и )<.И.Синица (53) 535. 853(088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР
1I3 537538, клà G 01 J 3/42, 1975.
Батище С.А, и др. Спектроскопия слабопоглощающих объектов с высоким разрешением на основе метода конкурирующих пучков ° Kt«a» СПЕ КТРОФОТОМЕТ Р (57) Изобретение относится к области оптического спектрального приборсстроения, Целью изобретения являетсз повышение точности из.<ерения и расширеиие диапазона исследуемых веществ. Генерация излучения ведется в лазере со сложнь<м резонатором, состоящим из зерк,н< 4, 5, 10, Il, первого и второго спектроделителей 8 и 9. В резонаторе установлена кювета 6 для исследуемого вещества. МежИзобретение относится к or. .«3÷åñкому спектральному приборостроению. Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение диапазона исследуемъгх веществ. На фиг. l показан внутрирезонаторный лазерный спектрофотометр, на фиг. 2 — по к <«з;3<««с не кт1)ы прону г кания отраже!3< я сл! ктр< лелнтелей; на „„SU„„1498155 A 1 ду слсктроделителем 9 и зеркалом 10 установлен лсрвый регулируемый ослабитель 12, а между спектроделителем 9 и зеркалом 11 — вторЬй регулируемый ослабитель 13. HI»f генерации из.лучения злсктронный блок 16 обработки определяет разницу в коэффициентах пропускания кюветь! 6 и регулируемого ослабителя 12. С помощью ослабителя 13 добиваются отсутствия структуры в спектре излучения. При наличии веш<.ства в кювете 6 козффициент поглощения лри равенстве глубин провалов для рззпых частот определяется по коэффициенту потерь ослабител 12. Спектроделнтели 8, 9 ! «ы!«олпе«3ь«так, что нх спекзры пропускания имеют 333«д дву (полос, 3 пектральная ширина t 3 точность измерения (1 О Э см ) в «л«роком диап,<зоне вели »tt ослабления à Π— !О см ). 4 ил ° фиг. 3 — сп-ктры и 3. туче««ия, прошедшего и отраженного от слектроделителей; на фнг. 4 — ctt< кз р генерации ла-«cpa, ре г,. стр<«руе;«зй спектральным прибором, и =пектр пог:<ошення иссле- дуемого вещества, Спект;)офото. <етр -<3;t< t)«3<т измеритсльнь<й l, срà
3 1498155 тора, образованного зеркалами 4 и 5, внутри которого расположены кювета Ь длн исследуемого вещества, актинный элемент 7 и первый спектроделитель 8. Вне резонатора установлены второй спектроделитель 9, первое и второе зеркала 10, 11, первый и второй регулируемые ослабители 12, 13, спектральный прибор 14, фотоприемник 15 и блок 16 электронной обработки, На фиг. 2 показаны спектр 17 пропускания, спектр 18 отражения первого спектроделителя, спектр 19 пропускания и спектр 20 отражения вто- 15 рого спектроделителя; на фиг. 3 представлены спектр 21 излучения, прошедшего по измерительному каналу, спектр 22 излучения, прошедшего по сравнительному каналу, и спектр 2 3 20 излучения, прошедшего по уравнивающеру каналу; на фиг. 4 показаны спектр 24 излучения без структуры, спектр 25 излучения при близком ноглощении на частотах 4 ., 4,, спектр 2 26 прн веселективном поглощении исследуемого нещества, спектр 27 излучения при близком поглощении на частотах 1 ., 1 . н спектр 28 при слабой спектральной зависимости погло- 30 щения, Спектрофотометр работает следуюшим образом. В процессе генерации лазера со сложным резонатором, образованном элементами 4,5;8-1! в акти" 35 вном элементе 7 взаимодействуют излучения, прошедшие по измерительному каналу 1 (спектр 22) и уравниваюшему каналу 3 (спектр 23 А-ширина спектра генерации лазера) . В резул ьтате это- 4р го взаимодействия и вследствиеммого- кратности прохода излучения по всем каналам н спеКтре результирующего излучения, р6 истрируемого элементами 14 и 15, появляются резкие прова- 4 лы на тех частотах, на которых излучение, прошедшее по каналам 1 и 2 ослабилось хотя бы очень незначительно сильнее по сравнению с излучением, прошедшим по каналу 3. По относительной глубине провалов на частотах Q .н g . электронный блок 16 об1i 2i работки определя=т разницу в коэффициентах пропускания кюветы 6 с ис" . следуемым в.ществом и регулируемого ослабителя 12, Методика проведения измерений ,состоит в следу кцем, Сначала для пустой кюветы 6 подбирается такое пропускание ослабителя 12, чтобы провалы на частотах 1 . н,1„, имели li 1i одинаковую глубину, а затем подбирается такое пропускание ослабителя 13, чтобы спектр 24 излучения не имел структуры (фиг. 4) . При этом пропускание всех трех каналон 1, 2 и 3 одинаково ° После введения в кювету 6 вещества, обладаюцего поглощением на частотах 1, появляются 1 провалы (спектр 26, когда поглощение исследуемого вещества неселективно спектр 28, когда поглощение имеет слабую спектральную зависимость), затем увеличивают потери в ослабителе 12 до тех пор, пока провалы в спектрах 25, 27 на частотах . не 11 станут близкими к провалам на частотах 1,, (фиг. 4) . Козффищиент поглощения исследуемого вещества при равенстве глубин провалов на частотах и,.будет равен коэффициенту по" 11е терь ослабителя 12. Если глубины провалов не равны, то разница в коэффициентах д К определяется блоком „ К.ИЛИИ Л2 сТ где 1(1) — интенсивность излучения на частоте 4; с — скорость света; Т вЂ” длительность генерации лазера. Погрешность измерения поглощения ДК определяется длительностью генерации Т и погрешностью измерения отношения глубин провалов в спектрах на частотах g . и g . и для практи1i 1i чески реализуемых ситуаций может быть оценена соотношением 4 К = OõI è й-- . Типичное значение O I 12 = 0,01...0,03, отсюда 2lK = 3 -10 9... ... 10 < см для T = 10-4с. Эффективность спектрофотометр а обусловлена его высокой чувствительностью (до . 10 см ), универсальностью применения (можно проводить измерения поглощения газов, жидкостей и твердых тел), высокой точностью измерения величины ослабления (10 9 ., ° 10 см ) в широком диапазоне измеряемых величин ослабления (109 - l0 5 см ). Ф о р м у л а и з е б р е т е н и я Внутрирезонаторный лазерный спектрофотометр, содержащий оптически связанные лазерный резонатор, снабженный активным элементов с широким гулируемые осчабптели, второй спектроде пп ель и первый регулируемый осл абпте. ь расположены между первым спектроделителем и первым зеркалом, второе зеркало оптически сопряжено с вторым сне ктроделитслем через второй регулируемый ослабитель, при этом первый и второй спектроделители выполнены так, что их спектры пропускания имеют вид по крайней мере одной или нескольких полос, спектральная ширина каждой из которых по меньшей пере в 10 раэ меньше ширины контура усиления активного чемента и спектрального интервала между последуемого вещества и первым спе ктроделителем, размещ пнь и между ак— тинным элементом и кюнетой для исследуемого веще ст на, спектр ал hHbfA прибор -и фотоприемное устройстно, первоее зеркало, оптически сопряженное с первым спектроденит чем, а также электронный блок обработки, соеди —, 10 ненный с фотоприемным устройством, отличающийся тем,что, с целью повышения точности измерения и расширения диапазона исследуемого вецества, устройство дополнительно 15 содержит второй спектроделитель, второе зеркало, первый и второй релосами. S 1498155 KонтgpОм gГиJlpнi3н кюпетой для ис— Риг. 5 P! 498155 25 е Тир ам Подли сн ое 3}l39jl1H Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при (КНТ СССР 113 )3 5, Москва, Й-35, Раушская иаб., д. 4/5 Пвоефэводгт н е н но-нчла ге нь<: кий комбиивт "Патент", г. Увгород, ул . Гагарина, 101 Редактор Т. Рыбалова Ззкаэ 2818/ПСП Составитель С.Иванов Текред Л, Кравчук Корректор H..IJaрогнr
