Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
При исследовании разрешенной во времени структуры линии ИФП комбинируют со скоростной кинокамерой, развертывающей изображение интерференционных колец (рис. 175). Щель 7, расположенная в плоскости изображения, вырезает часть интерференционных колец. Фотопленка 10 расположена за щелью и перемещается с большой скоростью в направлении, перпеникуляриом ширине щели. В этом случае спектральное разрешение определяется параметрами ИФП, а временное — шириной щели и скоростью
7 s
230
движения пленки. Например, при скорости 105 см/с, ширине щели 0,03 мм и А = 1 см область дисперсии ИФП составляет 0,024 им, а предел разрешения — 0,0027 нм [29].
Приборы для измерения стабильности частоты излучения. Стабильность, или воспроизводимость, длины волны излучения лазера определяется методом сравнения ее с длиной волны, излучения эталонного источника. Схема прибора для таких измерений показана на рис. 176.
Свет от эталонного источника 1 (одноизотопная ртутная лампа) коллимируется объективом 2 и проходит через интерферометр 4, помещенный в барокамеру 3. Изображение интерференционных колец, образующихся в плоскости диафрагмы 5, фотографируется длиннофокусной фотокамерой 6 или направляется на ФЭУ 7. С выхода ФЭУ сигнал подается на осциллограф 8 или самопишущий прибор 9.
Одно из зеркал ИФП закреплено на пьезокерамической втулке, на которую подается напряжение от генератора 10. Сигнал от генератора управляет также разверткой осциллографа. Одновременно через ИФП проходит коллимированное оптической системой 12, 13 излучение лазера 11. Таким образом, интерференционные картины от эталонного источника и лазера накладываются друг на друга. Полученная интерференционная картина фотографируется. Ее можно также записать на самопишущем приборе или зарегистрировать на осциллографе.
Если выбрать расстояние между зеркалами ИФП h — 100 мм, то каждое шестое кольцо гелий-неонового лазера будет лежать между интерференционными кольцами линии изотопа ртути Hg198. Эти кольца и выбирают для измерений.
При фотографической регистрации определяется смещение интерференционных колец, по которому судят о стабильности 6Л = Х/оК излучения лазера, мерой которой служит отклонение длины волны лазера относительно длины волны эталонного источника.
Для записи колец на самопишущем приборе на пьезокерамическую втулку подается линейно изменяющееся напряжение.
Общая погрешность метода измерения стабильности ~5 • 10“8, а наибольшее изменение длины волны, которое может быть измерено, ДАЛ ^ 1,5-10~6 [21].
3. ПРИБОРЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЯВЛЕНИЙ НАРУШЕННОГО ПОЛНОГО ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ
В последние годы в адсорбционной спектроскопии стали применяться методы и приборы, основанные на измерении отраженного веществом излучения. В основу этих методов положена зависимость р “ 1JI0, где /0 и 1г — соответственно интенсивности падающего и отраженного света, р — коэффициент отражения.
При нормальном падении света на границу двух сред, одна из которых является поглощающей (ее комплексный показатель преломления будет п — /%, где % — главный показатель поглощения),
231
Рис. 177. Принцип получения спектров НПВО:
/ — источник света; 2 ~ образец; 3 — элемент НПВО; 4 — приемник
Рис. 178. Некоторые типы элементов НПВО и МНПВО
а другая — прозрачной (ее показатель преломления я0), справедливо соотношение
где % — a (v)/4nv, a a (v) — коэффициент поглощения, зависящий от частоты электромагнитного излучения v (длины волны X). Таким образом, измерение коэффициента отражения дает возможность получить спектральное распределение поглощения вещества.
Развитием методов спектроскопии по отражению является метод нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО). В его основе лежит явление полного внутреннего отражения, наблюдаемое при определенных углах распространения света из оптически более плотной среды в менее плотную [16]. При этом оказывается, что процесс отражения от границы раздела сред сопровождается частичным заходом излучения в менее плотную среду. В случае, когда эта: среда является поглощающей, происходит ослабление потока вследствие его поглощения, что приводит к нарушению полного внутреннего отражения (р < 1), а ослабление потока может быть зарегистрировано.
Метод НПВО дополняет традиционные методы абсорбционной спектроскопии, так как значительно расширяется класс исследуемых материалов (смолы, эмульсин н др.). Область использования методов спектрометрии характеризуется % < 0,05, методов по отражению — X > 1, методов НПВО — 0,05 < % с 1.
В обычных методах спектроскопии наиболее распространенный вариант измерений — регистрация интенсивности прошедшего через
sill
s3i!
Ldil
Рис. 179. Схема приставки НПВО
Рис. 180. Схема приставки
мнпво
J
образец света как функции длины волны (рис. 177, а). В методах НПВО измеряется интенсивность света, отраженного поверхностью образца и возвращенного обратно в более плотную среду (рис. 177, б).
Использование методов НПВО на практике требует применения специальных оптических деталей, называемых элементами НПВО, и дополнительных приставок к спектрографам. Иногда вместо того, чтобы использовать приставки, выполняют специальную доработку осветительной части спектрометра. Элемент НПВО представляет собой прозрачную оптическую деталь, на которой падающее излучение испытывает полное внутреннее отражение. При этом создаются условия для наблюдения спектров НПВО исследуемых материалов. Образец приводят в контакт с отражающей поверхностью элемента. В некоторых случаях сама поверхность служит образцом. Качество получаемых спектров зависит от числа отражений света, угла падения лучей, размера светового отверстия и т. д. Если элемент обеспечивает многократное прохождение света через образец, то он называется элементом многократно нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО), а метод получения спектра — методом МНПВО.
