Способ измерения спектрального распределения интенсивности излучения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<1>881538

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свмд-ву— (22) Заявлено 060778 (21) 2639129/18-25 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 151181. Бюллетень N9 42

Дата опубликования описания 15.1181 (51)М. Кл.з .

G 01 J 3/28

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 535 853 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю.Я.Дивин, О.Ю.Полянский и А.Я.Шульман

Ордена Трудового Красного Знамени инст ут радиотехники и электроники АН СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к технике

1 измерения спектрального распределения интенсивности электромагнитного излучения и предназначено для исследования спектрального состава электромагнитного излучения миллимет-. рового, субмиллиметрового и дальнего инфракрасного диапазонов.

Известны три основных способа из-. мерения спектрального распределения интенсивности: узкополосная фильтрация с последующей регистрацией широкополосным приемником, смешение на нелинейном элементе анализируемого излучения с узкополосным перестраиваемым излучением внешнего генератора, измерения коэффициентов Фурье . исследуемого спектра с последующим применением обратного преобразования Фурье, реализуемые для миллиметрового, субмиллиметрового и дальнего инфракрасного диапазонов..

Наилучшее разрешение, реализуемое практически указанными способами при использовании охлаждаемых детекторов в области 3-100 см, достигает величины 0,5-1 см" f1), (2) и 3).

В способе, основанном на дифракционной спектроскопии, имеют место потери исследуемого излучения вследствие прохождения его через сложную систему фильтров, зеркал, дифракционных решеток, входной и выходной щелей прибора. В миллиметроном и субмиллиметровом диапазонах анализ спектров основывается на использовании источников излучения с линейчатым спектром, что не позволяет про» изводить непрерывных по спектру измерений во всем диапазоне.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ измерения спектрального распределения интенсивности электромагнитного излучения посредством регистрации отклика приемника излучения, как функции изменяемого параметра, и восстановления искомого спектра путем при-. менения к измеренной зависимости взаимнооднозначного интегрального преобразования 4 ).

Недостатком этого способа Фурьеспектроскопии, являются необходимость в точном определении точки нулевой

-разности хода из-эа чувствительности результатов к ошибкам в ее определении; повышенные требования к динамическому диапазону применяе» мого канала регистрации из-эа большой

881538 разности сигналов в разных частях ннтерферограммы, необходимость в прецезионной системе контроля разнос -. ,ти хода лучей в интерферометре с точностью 0,1 от наименьшей длины

° волны, присутствующей в исследуемом спектре, использование интерферометра, удовлетворяющего перечисленным выше требованиям. Все это приводит к усложнению процесса измерения и делает сам интерферометр трудноизготавливаемым и дорогостоящим уст- 10 ройством.

Цель изобретения — увеличение разрешения и упрощение процесса измерения, измерение спектрального состава перестраиваемых по спектру без изменения формы интенсивности узких полос поглощения или излучения.

Поставленная цель достигается тем, что измеряют отклик на исследуемое излучение приемника на основе слабо- 2Î связанных сверхпроводников, рабочую температуру T (K) и сопротивление и (ом) которого выбирают по соотношению RT<740 Ь|, где Ь Х вЂ” требуемое разрешение прибора, cM, и приме-g5 няют к измеренной зависимости интегральное преобразование Гильберта, а в качестве изменяемого параметра выбирают или постоянное напряжение смещения V на приемнике и это напря-ЭО жение изменяют от нуля до значения

) О, 062, где f (g + наибольшая частота в исследуемом спектре, при котором отношение сигнал/шум уменьшают до единицы, или величину перестройки полосы, а постоянное напряжение смещения Vo на приемнике при этом устанавливают при значении, соответствующем середине диапазона, в котором перестраивается спектральная полоса.

На фиг. 1 представлен график из- 40 меренной зависимости от напряжения смещения отклика g (Y) сверхпроводящего точечного контакта из ниобия на излучение ртутной лампы, прошедшее через решетчатый монохроматор, 45 полученная иэ него применением интегрального преобразования Гильбера аппаратная функция монохроматора и теоретически рассчитанная аппаратная функция этого же монохромато- $O ра.

На фиг. 2 — график измеренной зависимости отклика сверхпроводящего точечного. контакта из ниобия от величины перестройки полосы на излучение ртутной лампы, прошедшее через монохроматор, полученная из него применением интегрального.преобразования Гильберта аппаратная функция монохроматора и теоретически рассчитанная аппаратная функция этого же бО монохроматора.

Пример 1. Излучение ртутной лампы пропускают через решеточный монохроматор, настроенный на пропускание излучения с центральной часто- 65

1 той Е ® 20сю и направляют на точечный сверхпроводящий контакт из ниобия (один иэ видов слабосвязанных сверхпроводников), который имеет сопротивление К =2б Ом и находится при

T =- 4,2 К. Кривая 1 (фиг,1) представляет измеренный отклик д (у)контакта на падающее излучение, как функция напряжения смещения У . Напряжение смещения 1/ изменяют в окрестности от нуля до значения большего У

0,062. 1,24 мв до тех пор, пока отношение сигнал/шум уменьшилось до . единицы. Кривая 2 демонстрирует результат применения интегрального преобразования Гильберта к кривой 1, т.е. восстановленный искомый спектр излучения, прошедшего через монохроматор (так называемую аппаратную функцию монохроматора) . Здесь же, для сравнения, построена теоретически рассчитанная аппаратная функция этого монохроматора, отвечающая условиям эксперимента (кривая 3) .

Оценка собственной ширины линии используемого сверхпроводящего перехода (r.е. величины разрешения способа в данном случае) дает значение gj 0,15 см-", что в 8 раз меньше ширины измеренной линии и доказывает корректность проведенных измерений аппаратной функции.

Пример 2..Излучение ртутной лампы пропускают через решеточный монохроматор и направляют на точечный контакт из ниобия, который имеет сопротивление Я 8 Ом и находится при Т = 4,2 К. Кривая 1 (фиг.2) представляет измеренный отклик контакта на падающее из монохроматора узкополосное излучение как функцию монохроматора от величины перестройки полосы по частоте. Напряжение смещения ЧО на приемнике устанавливают прй значении У 1,23 мВ, соответствующем точке смены знака отклика приемника, а перестройку полосы излучения монохроматора по частоте беэ изменения ее формы и интенсивности осуществляют посредством поворота эшелетта в пределах не меньших ее утроенной ширины О,б см-" от частоты $0=16,13 Vo 20 см-" и производят от малых частот к большим.

Кривая 2 демонстрирует результат применения интегрального преобразрвания

Гильберта к кривой 1, т.е. восстановленный искомый спектр узкополосного излучения, прошедшего через монохроматор-аппаратную функцию монохроматора. Здесь же, для сравнения построена теоретически рассчитанная аппаратная функция этого монохроматора, отвечающая условиям эксперимента(кривая 3). Оценка собственной ширины линии генерации сверхпроводящего перехода, используемого э данном примере, дает значение

gf 0,05 см, что более чем в 10 раз

881538 меньше ширины измеренной линии и доказывает коррективность проведенных здесь измерений аппаратной функции.

Технико-экономический эффект от применения способа измерения спектрального распределения интенсивности электромагнитного излучения путем регистрации отклика слабосвязанных сверхпроводников заключается в увеличении разрешения спектральных измерений в 100 раз, при чувствительности 10-" - 10 "4Вт/Гц" расширении диапазона исследуемых спектров в длинноволновую сторону, а также в упрощении процесса измерения и удешевлении применяемой аппаратуры по срав- нению с известным методом Фурье-спектроскопии, так как использование резонансных свойств приемника на основе слабосвязанных сверхпроводников позволяет совместить в таком приемнике 2О функции анализатора спектра и детектора и .устранить дорогостоящие и трудноизготавливаемые элементы — двухлучевой интерферометр и систему изменения и контроля разности хода лучей в интерферометре, снижении веса, габаритов аппаратуры и потребляемой ею мощности

Формула изобретения

1. Способ измерения спектрального распределения интенсивности излучения посредством регистрации отклика приемника излучения, как функции изменяемого параметра, и восстановления искомого спектра путем применения к измеренной зависимости вэаимнооднозначного интегрального пре- 40 образования, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и упрощения процесса измерения, измеряют отклик на исследуемое излучение приемника на основе слабосвязанных сверхпроводников, рабочую температуру .Т(К ) и сопротивлениеg(QM) которого выбирают по соотношению КТ 740 ЬХ, rgteb Õ вЂ” требуемое раэрешенйе прибо.ра см и применяют к измеренной зависимости интегральное преобразование Гильберта.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве изменяемого параметра выбирают постоянное напряжение смещения V на при емнике и это напряжение изменяют от нуля до значения ) 0,062 где

f (см ) — наибольная частота в исследуемом спектре, при котором отношение сигнал/шум уменьшают до единицы.

3. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью измерения спектрального .состава перестраиваемых по спектру без: изменения формы и интенсивности узких полос излучения или поглощения, в качестве изменяемого параметра выбирают величину перестройки полосы, а постояйное напряжение смещения Чо на приемнике устанавливают при значении, соответствующем точке смены знака отклика приемника.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Техника спектроскопии в дальней инфракрасной субмиллиметровой и миллиметровой областях спектра, "Мир", М., 1970.

2. Мерц Л. Интегральные преобразования в оптике. "Мир", М., 1969.

3. Жижин Г.Н. "Современная Фурьеспектроскопия . Аппаратура и применение. Препринт института спектроскопии AH СССР. 9 19, Троицк, 1977.

4. Лихарев К.К., ульрих Б.Г. Системы с джозефсоновскими контактами", изд-во МГУ, М., 1978.

881538 д5

Р,5 фиг.2

Составитель Н.Морозов

Техред A.ач Корректор Ю.Макаренко, Редактор Л.Повхан

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 9942/63 Тираж 910, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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