Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
тк = 2rih cos 8, или в наиболее распространенном случае (п ^ 1)
тк — 2h cos s, (3)
откуда
2h cos г
Из последней формулы видно, что при постоянных h и 8 положение максимумов различно для разных длин волн. Другими словами, происходит пространственное разделение сложного излучения по длинам волн, т. е. его разложение в спектр. Обычно в интерференционных диспергирующих устройствах используется многолучевая интерференция.
Если пластинку покрыть зеркальными полупрозрачными слоями (рис. 12), то будут интерферировать не два, а множество лучей (многолучевая интерференция). При этом характер распределения интенсивности в интерференционных полосах (рис. 13) существенно меняется. В отличие от двухлучевой интерференции (р == 0,045) при многолучевой интерференции (р = 0,85) энергия концентрируется в узких максимумах, разделенных широкими промежутками.
( "I Z#'№
1эс(т+1) m
Рис. 12. Иллюстрация принципа многолучевой интерференции
Рис. 13. Распределение интенсивности в двух- и многолучевых интерференционных полосах
Малая ширина полос, определяемая высоким порядком интерференции (т = 2nh/%), дает возможность получать высокую разрешающую способность, существенно превосходящую разрешающую способность призменных и дифракционных приборов.
Упомянутые выше явления физической оптики, как правило, используются в призменных, дифракционных и интерференционных приборах, для которых, как указывалось выше, характерным является пространственное распределение лучей различных длин волн.
В «новых» спектральных приборах, т. е. со спектральной селективной модуляцией, также используются диспергирующие элементы (призма, решетка, интерферометр). Однако они входят в состав спектральных приборов как элементы селективных оптических модуляторов различных типов. Последние осуществляют разложение излучения в спектр. Рассмотрим принципы использования селективной оптической модуляции в спектральных приборах.
Частотная модуляция основана на том, что излучение каждой частоты (длины волны) описывается функцией косинусоидального вида. Изменение разности хода в интерферометренционном модуляторе приводит к появлению других косинусоид, каждая из которых соответствует частотам излучения, присутствующим в спектре источника. Вследствие этого излучение будет промодулировано с частотой, пропорциональной частотам спектра источника. Спектральная яркость излучения источника может быть получена путем Фурье-преобразования функции переменной составляющей потока. Таким образом, частотный интерференционный селективной модулятор дает возможность проводить гармонический анализ интерферо-граммы, в которой в закодированной форме содержится информация об исследуемом объекте.
Амплитудная модуляция осуществляется в интерферометре таким образом, что при линейном изменении разности хода в постоянный световой поток вводится переменная составляющая, амплитуда которой достигает максимума для выбранной длины волны.
Растровая модуляция осуществляется в селективном модуляторе, представляющем собой «классический» спектрометр, в котором входная и выходная щели заменены растрами, при этом выходной растр является точным изображением входного. Растр — это совокуп-
25
ность прозрачных отверстий различной формы и непрозрачных участков. При точном совмещении изображения входного растра с выходным растром, световой поток, проходящий через модулятор, имеет максимальное значение. Если это изображение будет немного смещено, то световой поток резко падает. Так как точное совмещение изображения входного растра с выходным растром имеет место только для определенной длины волны, то таким образом осуществляется амплитудная селективная модуляция, т. е. на приемнике после модулятора получается совокупность сигналов максимальной амплитуды, каждый из которых соответствует определенной длине волны излучения, содержащейся в спектре источника.
4. КЛАССИФИКАЦИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Признаки, по которым классифицируют спектральные приборы, могут быть самыми различными. По типу оптических систем различают обычные приборы с отдельно оформленными коллиматорной и камерной частями и автоколлимационные, в которых конструктивно совмещены коллиматор и камера.
По рабочей области спектра различают приборы, предназначенные для исследований в дальней (вакуумной) ультрафиолетовой области (1 —185 нм), ультрафиолетовой (185—400 нм), видимой (400—760 нм), ближней инфракрасной (760—2500 нм), средней инфракрасной (2,5—50) 103 нм и дальней инфракрасной (50—-1000) 103 нм.
Приборы с селективной оптической фильтрацией могут быть разделены по тем физическим явлениям, которые положены в основу их принципа действия, — дисперсионные (призменные), дифракционные и интерференционные.
В зависимости от назначения селективного фильтра может быть выделен или узкий спектральный участок (одна спектральная линия) или же достаточно протяженный участок спектра. В первом случае оптическая часть прибора называется монохроматором, во втором — полихроматором.
Приборы, в которых излучение разлагается в спектр в результате модуляции различных видов, называют селективными спектральными модуляторами. Эта группа приборов в свою очередь может быть разделена по виду селективной модуляции (частотная или амплитудная) или типу модулятора (интерференционный, интерференционно-поляризационный и растровый).
