Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
г§
EHZ
Рис. 17. Структурная схема СИСАМ на основе интерферометра Майкель-сона
Н
ществляется изменением разности хода интерферирующих лучей с помощью специального элемента 5, установленного в одном из пучков, а сканирование спектра — изменением положения дифракционных решеток 6 с помощью поворотных устройств 7. Для компенсации изменения разности хода во втором пучке предусмотрен компенсатор <?,
Поляризационный СИСАМ, В этом спектрометре деление амплитуды световых колебаний, необходимое для получения когерентных пучков, осуществляется с помощью не светоделителя, а пластинки кристалла, обладающего двойным лучепреломлением. При падении линейно поляризованного света на кристалл разность хода обыкновенного и необыкновенного лучей зависит от длины волны излучения, что позволяет реализовать селективную интерференционную модуляцию с помощью анализатора на выходе прибора.
Растровый спектрометр. По существу растровый спектрометр построен по схеме щелевого дифракционного спектрометра, в котором входная и выходная щели заменены растрами. В основу работы прибора также положен принцип селективной модуляции. В фокальной плоскости выходного коллиматора образуется совокупность монохроматических изображений входного растра, с одним из которых совмещается выходной растр, являющийся точной копией этого изображения, т. е. при сканировании спектра каждой длине волны будет соответствовать только одно положение дифракционной решетки, при котором изображения выходного и входного растра совпадают.
Фурье-спектрометр. Прибор представляет собой интерферометр, на выходе которого при линейном изменении разности хода происходит модуляция светового потока с частотой, пропорциональной волновым числам или частотам электромагнитного излучения, т. е. происходит селективная частотная модуляция. Спектральный состав излучения определяется с помощью обратного преобразования Фурье (обычно с использованием ЭВМ).
Фурье-спектрометр состоит (рис. 18) из источника излучения /, входной диафрагмы 2, объектива коллиматора 3, селективного мо-
29
Рис. 18. Структурная схема Фурье-спектрометра на основе интерферометра Майкельсона
дулятора 4, 5, 6, 13, выходного коллиматора 8, выходной диафрагмы 9, приемника 10, усилителя 11 и индикатора 12. Селективный модулятор представляет собой интерферометр, в котором световой поток разделяется светоделителем 4 и направляется на зеркала 5 и 13. Интерферирующие пучки собираются соединительным устройством 7 и направляются на объектив 8. Частотная модуляция осуществляется линейным перемещением одного из зеркал 5 с помощью подвижного устройства 6. Это перемещение, пропорциональное изменению разности хода, передается на индикаторное устройство 12, где строится зависимость интенсивности излучения от разности хода, т. е. фиксируется интерферограмма. Далее осуществляется преобразование Фурье и находится спектр.
Матричный спектрометр. По оптической схеме матричный спектрометр является полихроматором. Разложенное излучение во время каждого измерения последовательно проходит через сменные многощелевые диафрагмы (маски), неподвижно стоящие на выходе обычного монохроматора. Излучение, пропущенное масками, представляющими собой различные комбинации прозрачных и непрозрачных элементов, попадает на общий фотоприемник, формирующий сложный электрический сигнал.
Электронная часть прибора включает ячейки памяти, число которых равно общему числу всех элементов маски. Преобразование сигналов осуществляется таким образом, что после окончания измерения каждая ячейка памяти содержит информацию об интенсивности только одного спектрального элемента.
Спектрофотометр. В отличие от спектрометра спектрофотометр предназначен не для измерения потока излучения, а для измерения разности или отношения потоков, прошедших через измерительный канал и канал сравнения (эталонный). Спектрофотометры, как правило, используют для анализа спектров поглощения.
Спектрофотометры обычно строят по двухканальной схеме: в одном канале свет проходит через исследуемое вещество, а в другом — через эталон.
Основными узлами спектрофотометра являются источник излучения, осветитель, монохроматор (иногда — полихроматор), фотоприемник и отсчетное (или регистрирующее) устройство.
Различают три типа спектрофотометров — с нулевым, отсчетным и дифференциальным методами измерений. Наибольшее распространение получили приборы с нулевым и отсчетным методами измерений.
В приборах с нулевым методом отношение световых сигналов определяется методом оптической компенсации, т. е. установкой
3D
п
и
ю
12
п
Lnjl—
11
j
12
*)
- 7
- 9
10
11
Рис. 19. Структурные схемы
спектрофотометров:
а — с нулевым методом измерений; б — с отсчетным методом измерения
в эталонный канал проградуированного фотометрического компенсирующего оптического клина (рис. 19, а). От источника 1 через конденсорные системы 2 и 12 световые по токи проходят через кюветы 3 я 11. с эталонным и исследуемым образцами и попадают на зеркальный диск модулятора 5. Этот диск имеет прорези, благодаря которым при его вращении в монохроматор 6 попадают попеременно световые потоки то из эталонного канала (прошедшие через прорези диски), то из канала с образцом (отраженные от зеркальных участков диска). Если в образце имеется поглощение, то световые потоки, попадающие на приемник 8 из разных каналов, не будут одинаковыми, и в нем возникает переменный электрический сигнал, который усиливается усилителем 9 и подается на двигатель отработки 10. Последний приводит в движение фотометрический клин 4% перемещающийся до уравнивания интенсивностей обоих потоков. Движение клина связано с пером самопишущего прибора 7, который чертит на диаграммной бумаге спектрограмму. Если клин линеен, то перемещение клина пропорционально отношению световых потоков, прошедших через исследуемый образец и эталон. Отног шение потоков в свою очередь пропорционально пропусканию образца.
