Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Пример прибора, в котором решетка работает по автоколлима-ционной схеме, приведен на рис. 149, в.
В оптической системе СИСАМ с обратно-круговым ходом лучей (рис. 150) пучок света от источника света 1 проходит входную диафрагму 2 и, отразившись от зеркала 3, попадает на зеркальный кол-лиматорный объектив 4. Сформированный объективом параллельный пучок света разделяется делителем 5 на два пучка, направленные по часовой стрелке и против нее. После двукратной дифракции на решетках 12 и 15, отражения от зеркала 11 и прохождения модулятора 13 и компенсатора 14 пучки вновь соединяются на делителе 5, пройдя выходной объектив 6 и отразившись от зеркала 7. В фокальной плоскости объектива 6 установлена диафрагма 8, за которой помещаются приемник излучения 9 и индикатор 10.
Ниже приведены основные характеристики СИСАМ СП-101 [14 J:
Рабочая область спектра, нм....................................(0,4-т-20) 10*
Число штрихов на I мм дифракционных решеток.................... 600
Рабочий порядок спектра........................................ 3
Размер решеток, мм............................................. 100X110
Теоретическая разрешающая способность для X = 643 нм........... 5 -105
Фокусное расстояние объективов, мм.........*................... 500
Достоинствами СИСАМ следует считать высокую светосилу, превышающую светосилу щелевых приборов, и отсутствие в них средств предварительной моиохроматизации для разделения порядков дифракционного спектра (при соответствующем выборе полосы
200
Рис. 150. Оптическая схема СИСАМ с обратно-круговым ходом лучей.
9 т
скорости изменения раз- ^ ности хода), так как ча- 1
сю
стоты модуляции излучения в рабочем порядке спектра и в налагающихся
порядках значительно от- ггуп *
личаются|друг от друга. ^
Недостаток СИСАМ заключается в том, что на приемник попадает излучение в широком диапазоне длин влон. При возрастании потока это приводит к увеличению шумов приемников, обычно используемых в видимом и ультрафиолетовом диапазонах спектра, и к потере светосилы.
Поскольку в тепловых приемниках и фоторезисторах, обычно используемых в инфракрасной области спектра, шумы практически не зависят от потока [17], то наиболее целесообразно применять СИСАМ именно в ИК области спектра.
СИС. Селективно-интерференционный спектрометр (СИС) представляет собой интерферометр, в котором в отличие от СИСАМ модуляция светового потока заменена его коммутацией. Схема СИС с внутренней коммутацией приведена на рис. 151, а. При прохождении света через зеркальный модулятор, установленный в плоскости действующей диафрагмы прибора, световой поток минимален для длины волны настройки и равен разности Ф0—ФА, где Ф0 — общий поток излучения, создающий фон, Ф* — поток излучения регистрируемой спектральной линии. При отражении от зеркальной грани модулятора интерференция не происходит, и на выходе прибора поток будет равен Ф0.
Достоинством описанной схемы является простота способа коммутации, недостатком — вдвое меньший' геометрический фактор, т. е. меньшая светосила.
Схема интерференционного спектрометра с внешней коммутацией потока излучения показана на рис. 151, б. Здесь в основу схемы также положен двухлучевой интерферометр с обратно-круговым ходом лучей. Коммутация осуществляется зеркальным модулятором 1, который поочередно направляет излучение на диафрагмы 2 и 10, которые могут одновременно служить входом и выходом интерферометра. При освещении интерферометра монохроматическим светом с длиной волны А0, на которую настроен интерферометр, на диафрагме 8 образуется светлое или темное интерференционное пятно. Если длина волны излучения к отличается от длины волны А0, то интерференционная картина не наблюдается, а виден равномерный фон.
При измерении разности световых потоков, проходящих интерференционную часть спектрометра через обе входные диафрагмы 2
201
Рис. 151. Принципиальные схемы селективио-интерферационных спектрометров:
а — с внутренней коммутацией; 4 — дифракционные решетки; 2 — делитель; 3 — зеркало; 5 —¦ модулятор; б — с внешней коммутацией; 1 -- модулятор; 2, 8, 10 ~~ диафрагмы; 3,6 — объективы; 4,5 — дифракционные решетки; 7 — полупрозрачное зеркало; 9 — приемник
I
и 10, регистрируется только излучение с длииой волны Х0, разность сигналов от равномерного фона равна нулю. Для выделения входящего в спектрометр потока и потока, выходящего из него, зеркальная часть предназначена для входа излучения, прозрачная — для выхода. Фотоприемник 9 регистрирует переменный сигнал с частотой коммутации, определяемой частотой прерывания потока модулятором 1.
Достоинством схемы с внешней коммутацией является то, что не вводится дополнительная разность фаз между интерферирующими лучами и искажения аппаратной функции отсутствуют. Геометрический фактор (т. е. светосила) имеет то же значение, что и в схеме с внутренней коммутацией.
Общее преимущество СИС — более простой способ прерывания световых пучков и возможность обеспечения высокой частоты прерывания.
Поляризационный СИСАМ. Прибор представляет собой интерференционный спектрометр, в котором деление амплитуды осуществляется с помощью кристаллической пластинки, обладающей двойным лучепреломлением линейно-поляризационного света. Интерференция образуется за счет возникновения разности хода между обыкновенным и необыкновенным лучами, при этом отпадает необходимость использования двухлучевой интерференционной схемы с идентичными каналами [14]. Поскольку разность хода зависит от длины волны, то осуществить интерференционную модуляцию излучения можно путем вращения поляроида — анализатора на выходе прибора.
