Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Приборы для флуоресцентного анализа. В основу таких при-боров положен метод регистрации поглощенной из лазерного излучения энергии по возникающей флуоресценции возбужденных в образце частиц. Поскольку ширина линий излучения лазеров с перестраиваемой частотой меньше, чем ширина резонансных линий с доп- = : плеровским уширением, то появляется возможность проводить се- : лективное возбуждение отдельных резонансных линий. Схема лазерного спектрометра для флуоресцентного анализа приведена на рис. 169. Возбуждение линий осуществляется лазером с перестраиваемой частотой, для анализа флуоресцентного излучения используют обычный монохроматор.
Благодаря высокой интенсивности излучения импульсных лазеров их можно использовать в качестве приборов для дистанционного возбуждения молекул с последующей регистрацией излучения флуоресценции. Такие приборы называются лидарами. Они представляют собой комбинацию мощного лазера, оптического телескопа и спектрометра и служат для исследования состава атмосферы и контроля загрязнения окружающей среды [25].
Приборы для анализа по спектрам комбинационного рассеяния. Применение лазеров в качестве источников возбуждающего излучения позволяет значительно повысить интенсивность исследуемого рассеянного света и работать с образцами очень малых размеров (массой до 10~9 г). Используются как непрерывные, так н импульсные лазеры, при этом благодаря малой длительности импульса излучения (около 10~8 с) удается реализовать хорошее временное разрешение.
Схемы лазерных спектрометров для анализа спектров комбинационного рассеяния принципиально не отличаются от схем для флуо-
Рис. 171. Схема гетеродинного лазерного спек- / трального прибора
ресцентного анализа (см. рис. 169).
Однако для устранения фона, вносимого возбуждающим лазером, требуются двойные или тройные монохроматоры с высоким разрешением.
Пример лазерного спектрометра с двойным монохроматором для исследования комбинационного рассеяния приведен на рис. 170.
Лазерные приборы для спектроскопии высокой разрешающей силы. Лазерные приборы существенно обогатили технику экспериментальной спектроскопии. С их помощью удалось расширить круг задач, решение которых было затруднено или практически невозможно при использовании обычных спектральных приборов.
Лазерные спектрометры с гетеродинным приемом. В основе этих приборов лежит гетеродинный метод измерения малых разностей частот электромагнитных колебаний, заключающийся в* следующем. Если на фотоприемник падают два световых потока с круговыми частотами оо и оо + Дсо, то в результате их интерференции наблюдаются биения выходного сигнала с частотой До), которую можно зарегистрировать радиотехническими методами. С помощью гетеродинного лазерного спектрометра проводятся сверхточные (относительная погрешность ~10~5) измерения расстояний между близко расположенными компонентами сверхтонкой и изотопической структуры спектральный линий. Такая точность недостижима прн использовании нелазерных приборов самой высокой разрешающей способности.
На рис. 171 показана схема гетеродинного лазерного спектрометра. Свет от исследуемого источника 1 с помощью объектива падает на фотоприемник 4. Сюда же объективом 5 и полупрозрачным зеркалом 3 направляется излучение от местного гетеродина 6, в качестве которого обычно используются полупроводниковые лазеры с перестраиваемой частотой. При близости частот гетеродина и исследуемого излучения возникают биения, разностные частоты которых лежат в радиодиапазоие. Регистрация этих частот и соответствующих им амплитуд сигналов позволяет получать информацию о спектральном составе исследуемого излучения.
Лазерные приборы нелинейной спектроскопии. С появлением лазеров с высокой интенсивностью излучения получили развитие методы нелинейной лазерной спектроскопии, из которых наиболее интересные связаны с получением резонансов линейного поглощения. Область таких резонансов может быть достаточно узкой и значительно меньше допплеровской ширины. Поэтому отдельные детали формы спектральных линий, скрытые допплеровским уширением, можно проанализировать с помощью спектрометров (внутридопиле-ровская спектроскопия)* В основе их работы лежит свойство моно-
224
225
1
2
I
Рис. 172. Схема лазерного спектрального прибора, основанного на методе насыщения:
1 — лазер; 2 — полупрозрачное зеркало;
3 — модулятор; 4 — зеркало: 5 — прием» ник; в — кювета
хроматического лазерного излучения воздействовать на атомы (молекулы) вещества резо-
нансно, выделяя те атомы, которые при допплеровском сдвиге 4a*ii стоты попадают в резонанс. Среди методов внутридопплеровской' спектроскопии удобным и чувствительным является метод насыщения. Его суть заключается в том, что через исследуемый поглощающий газ почти в противоположных направлениях проходят зондирующий луч слабой интенсивности и насыщающий луч большой интенсивости. Если лазер настроен на центр, резонансной линии с допплеровским уширением, то световые волны могут взаимодействовать с одними и теми же атомами. Насыщающий пучок может вызвать просветление газа на пути зондирующего луча и уменьшить его поглощение.
