Фурье-спектрометр

Изучение

Моделирование

Cкачать

Фурье-спектроскопия

     Фурье-спектроскопия является одним из методов оптической спектроскопии и отчается от классического метода отсутствием диспергирующего элемента.
   Получение спектра происходит в два этапа: сначала, регистрируется интерферограмма исследуемого излучения, затем путем ее Фурье, преобразования вычисляется спектр. Началом Фурье-спектроскопии считается 1880 г., когда Майкельсон изобрел свой интерферометр. Однако отсутствие ЭВМ и электронных приемников излучения не позволило Майкельсону сколько-нибудь значительно развить Фурье-спектроскопию в то время. Майкельсон пытался исследовать спектральный состав, но он измерял интенсивность визуально и поэтому мог сделать только грубые оценки. Таким образом, из-за отсутствия экспериментальной техники развитие Фурье-спектроскопии задержалось до 1950-х годов.
   В настоящее время благодаря значительным преимуществам Фурье-спектроскопия является наиболее широко применяемым методом в спектроскопии.
   Фурье-спектрометр отличается от других спектрометров возможностью одновременной регистрации всего исследуемого спектра. В ФС изменение разности хода интерферирующих пучков приводит к модуляции интенсивности монохроматических составляющих излучения, причем частота модуляции однозначно определяется длиной волны. Возникающий при этом на приемнике сигнал представляет собой Фурье-преобразование от функции распределения энергии по частотам, т.е. от спектра исследуемого излучения. Для получения обычного спектра необходимо произвести обратное Фурье-преобразование, которое выполняется на ЭВМ. В ФС как правило входят: двухлучевой интерферометр, осветитель, приемник излучения, система отсчета разности хода, усилитель, аналогово-цифровой преобразователь и ЭВМ.

Преимущества

     Сложность получения спектров на ФС перекрывается его преимуществами над другими спектральными приборами:
            1. Выигрыш Фелжета (мультиплекс фактор).
               В ФС за каждый определенный момент времени получается информация сразу обо всем спектральном интервале, поэтому ФС имеет величину отношения сигнал/шум более высокую, чем дифракционные или призменные приборы.
            2. Выигрыш Жакино (геометрический фактор).
           В ФС можно использовать большие телесные углы у источника и у приемника, тем самым пропускать большое количество энергии при высоком разрешении.
            3. Высокая точность определения волновых чисел в спектре.
            4. Постоянное во всем исследуемом спектральном диапазоне разрешение.
            5. Широкий диапазон исследуемого спектра.
       Возможность изучения пространственно-неоднородных объектов обеспечивается применением интерферометра в качестве диспергирующего элемента и фотоприемной матрицы на выходе прибора.

Регистрация

   Для регистрации интенсивности интерференционной картины сигнал направляется на фотоприемник, связанный через усилитель с аналогово-цифровым преобразователем. АЦП преобразует электрический сигнал в цифровой код. Полученный таким образом массив является интерферограммой источника. Он вводится в память ЭВМ, которая с помощью Фурье-преобразования вычисляет спектр. Наличие ЭВМ в эксперименте позволяет кроме вычисления спектра производить другие операции по обработке полученного экспериментального материала, а также осуществлять управление и контроль за работой ФС.

Сканирование

    Сканирование осуществляется путем изменения показателя преломления среды, через которую проходит луч. Для этого на пути луча помещается стеклянная кювета, соединенная с насосом. Т.к. показатель преломления воздух зависит от давления, то при откачке изменяется разность хода между интерферирующими лучами. Дополнительные окна кюветы устанавливаются в другом плече интерферометра для компенсации добавочного изменения разности хода, появляющегося при прохождении луча через окна кюветы.
   Сканирование для видимого диапазона можно осуществить несколькими способами, один из наиболее простых - сканирование давлением. Для этого используется кювета, в которую непрерывно напускается воздух через капилляр. Для того, чтобы связать зарегистрированный отсчет с определенной величиной разности хода в интерферограмме одновременно снимается излучение He-Ne лазера опорная интерферограмма.

Интерференционная картина

    Два луча, отразившись от зеркал, накладываются после светоделителя и при определенной разности хода между ними интерферируют. Результат интерференции (кольца равного наклона), а также положение плоскости локализации интерференционной картины будут зависеть от условий освещения светоделителя, взаимного расположения зеркал, наличия рисующей оптики и других факторов.

Спектр

   Спектр - зависимость интенсивности монохроматических составляющих излучения от длины волны.

Интерферограмма

    Интерферограмма - регистрируемый фотоприемником сигнал в зависимости от разности хода.