способ спектрометрии и устройство для его осуществления (варианты)

Формула изобретения

1. Способ спектрометрии, основанный на регистрации системы интерференционных полос стоячей световой волны посредством тонкого частично пропускающего слоя, рассеивающего или поглощающего энергию электрического поля стоячей световой волны, отличающийся тем, что упомянутый слой, толщина которого не более /2, располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом и под углом , определяемым из соотношения sin = /2d, где - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, при этом регистрацию упомянутой системы интерференционных полос стоячей световой волны с периодом d осуществляют в виде сигнала пространственной частоты путем проецирования изображения упомянутой системы на периодическую систему, содержащую фотоэлементы, полученные с упомянутых фотоэлементов электрические сигналы регистрируют в виде их зависимости от местоположения этих фотоэлементов в упомянутой периодической системе и анализируют.

2. Интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, спектроанализатор и тонкий частично пропускающий слой, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, отличающийся тем, что интерферометр дополнительно снабжен оптически сопряженной периодической системой, содержащей фотоэлементы, которая расположена позади отражающего зеркала, а упомянутый слой, толщина которого не более /2, располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом и под углом , определяемым из соотношения sin = /2d, где - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, а отражающее зеркало выполнено частично пропускающим световое излучение.

3. Интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, спектроанализатор и тонкий частично пропускающий слой, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен периодической системой, содержащей фотоэлементы, и светоделительным элементом, расположенным между упомянутым слоем и источником светового излучения, оптически сопряженным с периодической системой, содержащей фотоэлементы, а упомянутый слой, толщина которого не более /2, располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом и под углом , определяемым из соотношения sin = /2d, где - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны.

4. Способ спектрометрии, основанный на регистрации системы интерференционных полос стоячей световой волны посредством первого тонкого частично пропускающего слоя, рассеивающего или поглощающего энергию электрического поля стоячей световой волны, при этом упомянутый слой, толщина которого не более /2, располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом и под углом ₁, определяемым из соотношения sin₁ = /2d₁, где ₁ - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны, d₁ - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, регистрацию упомянутой системы интерференционных полос стоячей световой волны с периодом d₁ осуществляют в виде сигнала пространственной частоты путем проецирования изображения упомянутой системы на периодическую систему, содержащую фотоэлементы, полученные с упомянутых фотоэлементов электрические сигналы регистрируют в виде их зависимости от местоположения этих фотоэлементов в упомянутой периодической системе и анализируют, отличающийся тем, что осуществляют регистрацию двух систем интерференционных полос стоячей световой волны посредством двух тонких частично пропускающих слоев, рассеивающих или поглощающих энергию электрического поля стоячей световой волны, при этом второй тонкий частично пропускающий слой, толщина которого не более /2, располагают между первым тонким частично пропускающим слоем и отражающим зеркалом и под углом ₂, определяемым из соотношения sin₂ = /d₂, где ₂ - угол между вторым тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны, d₂ - период интерференционных полос, система которых образуется во втором тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, угол наклона ₁ между плоскостью первого тонкого частично пропускающего слоя и плоскостью отражающего зеркала задают относительно угла наклона ₂ между плоскостью второго тонкого частично пропускающего слоя и плоскостью отражающего зеркала в диапазоне 0-180^o, плоскость второго тонкого частично пропускающего слоя разворачивают по оси, совпадающей с направлением распространения светового излучения, относительно плоскости первого тонкого частично пропускающего слоя на величину угла , лежащего в диапазоне 0,1-90^o, а изображения полученных таким образом двух систем интерференционных полос проецируют на матричную периодическую систему, содержащую фотоэлементы.

5. Интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, спектроанализатор и первый тонкий частично пропускающий слой, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенный между источником светового излучения и отражающим зеркалом и установленный наклонно к плоскости упомянутого зеркала, при этом отражающее зеркало выполнено частично пропускающим световое излучение, интерферометр дополнительно снабжен оптически сопряженной периодической системой, содержащей фотоэлементы, которая расположена позади отражающего зеркала, отличающийся тем, что интерферометр дополнительно снабжен вторым тонким частично пропускающим слоем, рассеивающим или поглощающим энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенным между первым тонким частично пропускающим слоем и отражающим зеркалом и установленным наклонно к плоскости упомянутого зеркала, при этом второй тонкий частично пропускающий слой выполнен с разворотом его плоскости по оптической оси интерферометра относительно плоскости первого тонкого пропускающего слоя, а периодическая система, содержащая фотоэлементы, выполнена в виде матричной периодической системы.

6. Интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, спектроанализатор, первый тонкий частично пропускающий слой, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенный между источником светового излучения и отражающим зеркалом и установленный наклонно к плоскости упомянутого зеркала, а также периодическую систему, содержащую фотоэлементы, отличающийся тем, что интерферометр дополнительно снабжен вторым тонким частично пропускающим слоем, рассеивающим или поглощающим энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенным между первым тонким частично пропускающим слоем и отражающим зеркалом и установленным наклонно к плоскости упомянутого зеркала, а также светоделительным элементом, расположенным между первым тонким частично пропускающим слоем и источником светового излучения, при этом второй тонкий частично пропускающий слой выполнен с разворотом его плоскости по оптической оси интерферометра относительно плоскости первого тонкого частично пропускающего слоя, а периодическая система, содержащая фотоэлементы, оптически сопряжена со светоделительным элементом и выполнена в виде матричной периодической системы.

7. Способ спектрометрии, основанный на регистрации системы интерференционных полос стоячей световой волны посредством тонкого частично пропускающего слоя, рассеивающего или поглощающего энергию электрического поля стоячей световой волны, отличающийся тем, что упомянутый слой, толщина которого не более /2, располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом и под углом , определяемым из соотношения sin = /2d, где - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, при этом регистрацию упомянутой системы интерференционных полос стоячей световой волны с периодом d осуществляют в виде сигнала пространственной частоты путем проецирования изображения упомянутой системы на матричную периодическую систему, содержащую фотоэлементы, полученные с упомянутых фотоэлементов электрические сигналы регистрируют в виде их зависимости от местоположения этих фотоэлементов в упомянутой матричной периодической системе и анализируют, при этом матричную периодическую систему, содержащую фотоэлементы, выполняют с возможностью вращения вокруг оси, совпадающей с направлением распространения светового излучения.

8. Способ спектрометрии, основанный на регистрации системы интерференционных полос стоячей световой волны посредством тонкого частично пропускающего слоя, рассеивающего или поглощающего энергию электрического поля стоячей световой волны, отличающийся тем, что упомянутый слой, толщина которого не более /2, располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом и под углом , определяемым из соотношения sin = /2d, где - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, при этом регистрацию упомянутой системы интерференционных полос стоячей световой волны с периодом d осуществляют в виде сигнала пространственной частоты путем проецирования изображения упомянутой системы на матричную периодическую систему, содержащую фотоэлементы, расположенные параллельными линиями, с периодом размещения фотоэлементов по горизонтали - d_л и с периодом d_м размещения фотоэлементов по вертикали, при этом матричную периодическую систему выполняют с возможностью поворота вокруг оси, совпадающей с направлением распространения светового излучения, на величину угла между горизонтальными линиями расположения фотоэлементов упомянутой матричной периодической системы и линиями спроецированного на матричную периодическую систему изображения системы интерференционных полос, угол определяют из соотношения sin = d/d_л, при этом период размещения фотоэлементов по вертикали определяют из соотношения d_м = (N+1)d/cos, где N - количество фотоэлементов, расположенных в линейке упомянутой матричной периодической системы, а полученные с упомянутых фотоэлементов электрические сигналы регистрируют в виде их зависимости от местоположения этих фотоэлементов в матричной периодической системе и анализируют.

9. Интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, спектроанализатор и тонкий частично пропускающий слой, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, отличающийся тем, что интерферометр дополнительно снабжен оптически сопряженной матричной периодической системой, содержащей фотоэлементы, которая расположена позади отражающего зеркала и установлена с возможностью ее разворота по оптической оси интерферометра, а упомянутый слой, толщина которого не более /2, располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом и под углом , определяемым из соотношения sin = /2d, где - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, а отражающее зеркало выполнено частично пропускающим световое излучение.

10. Интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, спектроанализатор и тонкий частично пропускающий слой, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен матричной периодической системой, содержащей фотоэлементы, и светоделительным элементом, расположенным между упомянутым слоем и источником светового излучения, оптически сопряженным с матричной периодической системой, содержащей фотоэлементы, при этом упомянутая матричная периодическая система установлена с возможностью ее разворота по оптической оси, сопряженной с оптической осью интерферометра, а упомянутый слой, толщина которого не более /2, располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом и под углом , определяемым из соотношения sin = /2d, где - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны.

Приоритет по пунктам:

17.12.2001 по пп. 1-6;

08.11.2001 по пп. 7-10.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к области спектрального анализа и могут быть использованы при спектральном анализе светового излучения.

Классический способ спектрального анализа излучения заключается в разложении пучка света с помощью призмы или дифракционной решетки с выделением спектральных составляющих и их последовательным сканированием [Малышев В.И. Введение в экспериментальную спектроскопию. - М.: Наука, 1979, с.185-201; 257-274].

Данный способ обладает меньшей светосилой по сравнению со способами, основанными на интерференции пучков света, что является его недостатком.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является способ спектрометрии, основанный на регистрации системы интерференционных полос стоячей световой волны посредством тонкого частично пропускающего слоя, рассеивающего или поглощающего энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенного между источником светового излучения и отражающим зеркалом и установленного наклонно к плоскости упомянутого зеркала [А.В. Атнашев, В.Б. Атнашев. П.В. Атнашев. Метод интерференции на дифракционной решетке. Метод Атнашева. - Екатеринбург: УТТУ-УПИ, 2000, с.13 (прототип)].

К недостаткам данного способа следует отнести низкую точность регистрации системы интерференционных полос стоячей световой волны посредством тонкого частично пропускающего слоя, рассеивающего или поглощающего энергию электрического поля стоячей световой волны, и, следовательно, низкую точность анализа.

Задачей изобретения является повышение точности спектрального анализа за счет повышения точности регистрации системы интерференционных полос стоячей световой волны посредством тонкого частично пропускающего слоя, рассеивающего или поглощающего энергию электрического поля стоячей световой волны.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе спектрометрии, основанном на регистрации системы интерференционных полос стоячей световой волны посредством тонкого частично пропускающего слоя, рассеивающего или поглощающего энергию электрического поля стоячей световой волны, упомянутый слой, толщина которого не более /2, располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом и под углом , определяемым из соотношения sin = /2d, где - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, при этом регистрацию упомянутой системы интерференционных полос стоячей световой волны с периодом d осуществляют в виде сигнала пространственной частоты путем проецирования изображения упомянутой системы на периодическую систему, содержащую фотоэлементы, полученные с упомянутых фотоэлементов электрические сигналы регистрируют в виде их зависимости от местоположения этих фотоэлементов в упомянутой периодической системе и анализируют.

Одним из классических устройств, используемым для спектрального анализа, является монохроматор с дифракционной решеткой [Малышев В.И. Введение в экспериментальную спектроскопию. - М.: Наука, 1979, с.266-274], состоящий из зеркал и поворотной дифракционной решетки, обеспечивающей сканирование спектра.

Данный дифракционный монохроматор обладает меньшей светосилой по сравнению с интерферометрами, что является его недостатком.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, спектроанализатор и тонкий частично пропускающий слой, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенный между источником светового излучения и отражающим зеркалом и установленный наклонно к плоскости упомянутого зеркала [Решение от 06 июля 2001 г. по заявке 2000130502/28(032239) о выдаче патента на изобретение "Способ спектрометрии и устройство для его осуществления (варианты)" (прототип)].

К недостаткам данного интерферометра можно отнести влияние дифракционного разложения на результаты измерений.

Задачей изобретения является повышение точности измерений за счет устранения явления дифракционного разложения.

Поставленная задача может быть решена за счет того, что интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, спектроанализатор и тонкий частично пропускающий слой, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, дополнительно снабжен оптически сопряженной периодической системой, содержащей фотоэлементы, которая расположена позади отражающего зеркала, а упомянутый слой, толщина которого не более /2, располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом и под углом , определяемым из соотношения sin = /2d, где - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, а отражающее зеркало выполнено частично пропускающим световое излучение.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлена схема интерферометра (фиг. 1) и диаграммы входных и выходных сигналов (фиг.2а-в). На фиг.2а изображена зависимость интенсивности системы интерференционных полос стоячей световой волны на тонком частично пропускающем слое, рассеивающем или поглощающем энергию электрического поля стоячей световой волны, от его длины h. На фиг.2б показано изменение интенсивности измеренного светового излучения по длине h" линейки из дискретных фотоэлементов. На фиг.2в показан электрический сигнал на выходе спектроанализатора.

Интерферометр (фиг. 1) содержит оптически сопряженные источник 1 светового излучения, отражающее зеркало 2, спектроанализатор 3, тонкий частично пропускающий слой 4, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны. Интерферометр дополнительно снабжен оптически сопряженной периодической системой 5, содержащей фотоэлементы 6, которая расположена позади отражающего зеркала 2, упомянутый слой 4 располагают между источником 1 светового излучения и отражающим зеркалом 2, а отражающее зеркало 2 выполнено частично пропускающим световое излучение. Тонкий частично пропускающий слой 4 может быть нанесен на одну из поверхностей оптического клина 7. Отражающее зеркало 2 при этом может быть выполнено на другой поверхности упомянутого клина 7 в виде отражающего покрытия с коэффициентом отражения 0,50-0,99 и коэффициентом пропускания 0,01-0,50. На периодическую систему 5, содержащую фотоэлементы 6, спроецировано изображение 8 системы интерференционных полос. Периодическая система 5, содержащая фотоэлементы 6, выполнена в виде линейки или матрицы приборов с зарядовой связью.

Заявленный способ спектрометрии осуществляется на настоящем интерферометре следующим образом.

Световой поток от источника 1 светового излучения поступает на отражающее зеркало 2, отражается от него и в виде стоячей световой волны поступает на тонкий частично пропускающий слой 4. За счет того что тонкий частично пропускающий слой 4 рассеивает или поглощает энергию электрического поля стоячей световой волны и расположен наклонно, в нем образуется система интерференционных полос, регистрацию которой можно осуществить в виде сигнала пространственной частоты с периодом следования d. При этом период следования d задан из соотношения: sin = /2d, где - угол между плоскостью тонкого частично пропускающего слоя 4 и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны. При использовании оптического клина 7 угол между плоскостью тонкого частично пропускающего слоя 4 и плоскостью отражающего зеркала 2 задан из соотношения sin = /2dn, где - длина световой волны; d - период интерференционных полос, n - показатель преломления материала оптического клина 7.

Изображение 8 системы интерференционных полос проецируется через частично пропускающее световое излучение, отражающее зеркало 2, на периодическую систему 5, содержащую фотоэлементы 6. Далее, спроецированное изображение 8 системы интерференционных полос на упомянутую систему 5, содержащую фотоэлементы 6, регистрируется в виде их зависимости от местоположения фотоэлементов 6 в периодической системе 5. Затем записанные электрические сигналы подвергаются преобразованию Фурье на спектроанализаторе 3, на выходе которого получают их частотное преобразование в виде зависимости от длины световой волны. При этом достигается высокое разрешение определяемых длин волн.

Поставленная задача может быть решена за счет того, что интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, спектроанализатор и тонкий частично пропускающий слой, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, дополнительно снабжен периодической системой, содержащей фотоэлементы, и светоделительным элементом, расположенным между упомянутым слоем и источником светового излучения, оптически сопряженным периодической системой, содержащей фотоэлементы, а упомянутый слой, толщина которого не более /2, располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом и под углом , определяемым из соотношения sin = /2d, где - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлена схема интерферометра (фиг. 3) и диаграммы входных и выходных сигналов (фиг.2а-в). На фиг. 2а изображена зависимость интенсивности системы интерференционных полос стоячей световой волны на тонком частично пропускающем слое, рассеивающем или поглощающем энергию электрического поля стоячей световой волны, от его длины h. На фиг.2б показано изменение интенсивности измеренного светового излучения по длине h" линейки из дискретных фотоэлементов На фиг.2в показан электрический сигнал на выходе спектроанализатора.

Интерферометр (фиг. 3) содержит оптически сопряженные источник 1 светового излучения, отражающее зеркало 2, спектроанализатор 3 и тонкий частично пропускающий слой 4, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны. Интерферометр дополнительно снабжен периодической системой 5, содержащей фотоэлементы 6, и светоделительным элементом 9, расположенным между упомянутым слоем 4 и источником 1 светового излучения, оптически сопряженным с периодической системой 5, содержащей фотоэлементы 6, а упомянутый слой 4, толщина которого не более /2, располагают между источником 1 светового излучения и отражающим зеркалом 2 и под углом , определяемым из соотношения sin = /2d, где - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое 4 при воздействии стоячей световой волны. Периодическая система 5, содержащая фотоэлементы 6, выполнена в виде линейки или матрицы приборов с зарядовой связью.

Заявленный способ спектрометрии осуществляется на настоящем интерферометре следующим образом.

Световой поток от источника 1 светового излучения поступает на отражающее зеркало 2, отражается от него и в виде стоячей световой волны поступает на тонкий частично пропускающий слой 4. За счет того что тонкий частично пропускающий слой 4 рассеивает или поглощает энергию электрического поля стоячей световой волны и расположен наклонно, в нем образуется система интерференционных полос, регистрацию которой можно осуществить в виде сигнала пространственной частоты с периодом следования d. При этом период следования d задан из соотношения: sin = /2d, где - угол между плоскостью тонкого частично пропускающего слоя 4 и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны. При использовании оптического клина 7 угол между плоскостью тонкого частично пропускающего слоя 4 и плоскостью отражающего зеркала 2 задан из соотношения sin = /2dn, где - длина световой волны, d - период интерференционных полос, n - показатель преломления материала оптического клина 7.

Изображение 8 системы интерференционных полос проецируется с помощью светоделительного элемента 9 на периодическую систему 5, содержащую фотоэлементы 6. Далее, спроецированное изображение 8 системы интерференционных полос на упомянутую систему 5, содержащую фотоэлементы 6, регистрируется в виде их зависимости от местоположения фотоэлементов 6 в периодической системе 5. Затем записанные электрические сигналы подвергаются преобразованию Фурье на спектроанализаторе 3, на выходе которого получают их частотное преобразование в виде зависимости от длины световой волны. При этом достигается высокое разрешение определяемых длин волн.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе спектрометрии, основанном на регистрации системы интерференционных полос стоячей световой волны посредством первого тонкого частично пропускающего слоя, рассеивающего или поглощающего энергию электрического поля стоячей световой волны, при этом упомянутый слой, толщина которого не более /2, располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом и под углом , определяемым из соотношения sin₁ = /2d₁, где ₁ - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны, d₁ - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, регистрацию упомянутой системы интерференционных полос стоячей световой волны с периодом d₁ осуществляют в виде сигнала пространственной частоты путем проецирования изображения упомянутой системы на периодическую систему, содержащую фотоэлементы, полученные с упомянутых фотоэлементов электрические сигналы регистрируют в виде их зависимости от местоположения этих фотоэлементов в упомянутой периодической системе и анализируют, осуществляют регистрацию двух систем интерференционных полос стоячей световой волны посредством двух тонких частично пропускающих слоев, рассеивающих или поглощающих энергию электрического поля стоячей световой волны, при этом второй тонкий частично пропускающий слой, толщина которого не более /2, располагают между первым тонким частично пропускающим слоем и отражающим зеркалом и под углом ₂, определяемым из соотношения sin₂ = /2d₂, где ₂ - угол между вторым тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны, d₂ - период интерференционных полос, система которых образуется во втором тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, угол наклона ₁ между плоскостью первого тонкого частично пропускающего слоя и плоскостью отражающего зеркала задают относительно угла наклона ₂ между плоскостью второго тонкого частично пропускающего слоя и плоскостью отражающего зеркала в диапазоне 0-180^o, плоскость второго тонкого частично пропускающего слоя разворачивают по оси, совпадающей с направлением распространения светового излучения, относительно плоскости первого тонкого частично пропускающего слоя на величину угла , лежащего в диапазоне 0,1-90^o, а изображения полученных таким образом двух систем интерференционных полос проецируют на матричную периодическую систему, содержащую фотоэлементы. То есть относительно первоначального положения, в котором плоскости обоих тонких частично пропускающих слоев могут быть параллельны друг другу или отличаться на угол ₁-₂ и через них проходит общая ось вращения, совпадающая с направлением распространения светового излучения, второй тонкий частично пропускающий слой разворачивают по этой оси относительно первого слоя на величину угла .

Поставленная задача может быть решена за счет того, что интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, спектроанализатор и первый тонкий частично пропускающий слой, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенный между источником светового излучения и отражающим зеркалом и установленный наклонно к плоскости упомянутого зеркала, при этом отражающее зеркало выполнено частично пропускающим световое излучение, дополнительно снабжен оптически сопряженной периодической системой, содержащей фотоэлементы, которая расположена позади отражающего зеркала, отличающийся тем, что интерферометр дополнительно снабжен вторым тонким частично пропускающим слоем, рассеивающим или поглощающим энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенным между первым тонким частично пропускающим слоем и отражающим зеркалом и установленным наклонно к плоскости упомянутого зеркала, при этом второй тонкий частично пропускающий слой выполнен с разворотом его плоскости по оптической оси интерферометра относительно плоскости первого тонкого пропускающего слоя, а периодическая система, содержащая фотоэлементы, выполнена в виде матричной периодической системы. То есть относительно первоначального положения, в котором плоскости обоих тонких частично пропускающих слоев могут быть параллельны друг другу или отличаться на угол ₁-₂ и через них проходит общая ось вращения, совпадающая с оптической осью интерферометра, второй тонкий частично пропускающий слой выполнен с разворотом его плоскости по оптической оси интерферометра относительно первого слоя на величину угла .

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены схема интерферометра (фиг. 4) и изображение двух систем интерференционных полос в плоскости матричной периодической системы (фиг.5).

Интерферометр содержит оптически сопряженные источник 1 светового излучения, отражающее зеркало 2, спектроанализатор 3 и первый тонкий частично пропускающий слой 4, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенный между источником 1 светового излучения и отражающим зеркалом 2 и установленный наклонно к плоскости зеркала 2, при этом отражающее зеркало 2 выполнено частично пропускающим световое излучение. Интерферометр дополнительно снабжен оптически сопряженной периодической системой 5, содержащей фотоэлементы 6, которая расположена позади отражающего зеркала 2. Кроме того, интерферометр дополнительно снабжен вторым тонким частично пропускающим слоем 10, рассеивающим или поглощающим энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенным между первым тонким частично пропускающим слоем 4 и отражающим зеркалом 2 и установленным наклонно к плоскости зеркала 2, при этом второй тонкий частично пропускающий слой 10 выполнен с разворотом его плоскости по оптической оси интерферометра относительно плоскости первого тонкого пропускающего слоя 4, а периодическая система 5, содержащая фотоэлементы 6, выполнена в виде матричной периодической системы. Матричная периодическая система выполнена в виде матрицы приборов с зарядовой связью.

Заявленный способ спектрометрии осуществляется на настоящем интерферометре следующим образом.

Интерферометр, снабженный дополнительным вторым тонким частично пропускающим слоем 10, работает следующим образом. Световой поток от источника 1 светового излучения поступает на отражающее зеркало 2, отражается от него и в виде стоячей световой волны поступает на тонкие частично пропускающие слои 4 и 10. За счет того что тонкие частично пропускающие слои 4 и 10 рассеивают или поглощают энергию электрического поля стоячей световой волны и расположены наклонно, при этом угол ₁ между плоскостью первого тонкого частично пропускающего слоя 4 и плоскостью отражающего зеркала 2 задан из соотношения sin₁ = /2d₁, где - длина световой волны, d₁ - период интерференционных полос, а угол ₂ между плоскостью второго тонкого частично пропускающего слоя 10 и плоскостью отражающего зеркала 2 задан из соотношения sin₂ = /2d₂, где d₂ период интерференционных полос, в каждом тонком частично пропускающем слое 4 и 10 образуется своя система интерференционных полос. Благодаря тому что второй тонкий частично пропускающий слой 10 выполнен с разворотом его плоскости по оптической оси интерферометра относительно плоскости первого тонкого пропускающего слоя 4, изображение 8 двух систем интерференционных полос представляет собой сетку из чередующихся темных и светлых полос. Полученное изображение 8 двух систем интерференционных полос проецируется через частично пропускающее световое излучение отражающее зеркало 2 на матричную периодическую систему 5, содержащую фотоэлементы 6, и регистрируется на матричной периодической системе 5 в виде их зависимости от местоположения фотоэлементов 6. При этом осуществляется регистрация двух систем интерференционных полос в виде сигналов пространственной частоты в двух направлениях. Затем записанные электрические сигналы подвергаются преобразованию Фурье на спектроанализаторе 3, на выходе которого получают их частотное преобразование в виде зависимости от длины световой волны. За счет этого при ₁ = ₂ и соответственно d₁=d₂ достигается в два раза лучшее разрешение определяемой спектральной линии.

Поставленная задача может быть решена за счет того, что интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, спектроанализатор, первый тонкий частично пропускающий слой, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенный между источником светового излучения и отражающим зеркалом и установленный наклонно к плоскости упомянутого зеркала, а также периодическую систему, содержащую фотоэлементы, дополнительно снабжен вторым тонким частично пропускающим слоем, рассеивающим или поглощающим энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенным между первым тонким частично пропускающим слоем и отражающим зеркалом и установленным наклонно к плоскости упомянутого зеркала, а также светоделительным элементом, расположенным между первым тонким частично пропускающим слоем и источником светового излучения, при этом второй тонкий частично пропускающий слой выполнен с разворотом его плоскости по оптической оси интерферометра относительно плоскости первого тонкого частично пропускающего слоя, а периодическая система, содержащая фотоэлементы, оптически сопряжена со светоделительным элементом и выполнена в виде матричной периодической системы. То есть относительно первоначального положения, в котором плоскости обоих тонких частично пропускающих слоев могут быть параллельны друг другу или отличаться на угол ₁-₂ и через них проходит общая ось вращения, совпадающая с оптической осью интерферометра, второй тонкий частично пропускающий слой выполнен с разворотом его плоскости по оптической оси интерферометра относительно первого слоя на величину угла . Матричная периодическая система выполнена в виде матрицы приборов с зарядовой связью.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены схема интерферометра (фиг. 6) и изображение двух систем интерференционных полос в плоскости матричной периодической системы (фиг.5).

Интерферометр содержит оптически сопряженные источник 1 светового излучения, отражающее зеркало 2, спектроанализатор 3, первый тонкий частично пропускающий слой 4, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенный между источником 1 светового излучения и отражающим зеркалом 2 и установленный наклонно к плоскости зеркала 2, а также периодическую систему 5, содержащую фотоэлементы 6. Интерферометр дополнительно снабжен вторым тонким частично пропускающим слоем 10, рассеивающим или поглощающим энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенным между первым тонким частично пропускающим слоем 4 и отражающим зеркалом 2 и установленным наклонно к зеркала 2, а также светоделительным элементом 9, расположенным между первым тонким частично пропускающим слоем 4 и источником 1 светового излучения, при этом второй тонкий частично пропускающий слой 10 выполнен с разворотом его плоскости по оптической оси интерферометра относительно плоскости первого тонкого частично пропускающего слоя 4, а периодическая система 5, содержащая фотоэлементы 6, оптически сопряжена со светоделительным элементом 9 и выполнена в виде матричной периодической системы.

Заявленный способ спектрометрии осуществляется на настоящем интерферометре следующим образом.

Интерферометр, снабженный дополнительным вторым тонким частично пропускающим слоем 10, работает следующим образом. Световой поток от источника 1 светового излучения поступает на отражающее зеркало 2, отражается от него и в виде стоячей световой волны поступает на тонкие частично пропускающие слои 4 и 10. За счет того что тонкие частично пропускающие слои 4 и 10 рассеивают или поглощают энергию электрического поля стоячей световой волны и расположены наклонно, при этом угол ₁ между плоскостью первого тонкого частично пропускающего слоя 4 и плоскостью отражающего зеркала 2 задан из соотношения sin₁ = /2 , где - длина световой волны, d₁ - период интерференционных полос, а угол ₂ между плоскостью второго тонкого частично пропускающего слоя 10 и плоскостью отражающего зеркала 2 задан из соотношения sin₂ = /2d₂, где d₂ период интерференционных полос, в каждом тонком частично пропускающем слое 4 и 10 образуется своя система интерференционных полос. Благодаря тому что второй тонкий частично пропускающий слой 10 выполнен с разворотом его плоскости по оптической оси интерферометра относительно плоскости первого тонкого пропускающего слоя 4, изображение 8 двух систем интерференционных полос представляет собой сетку из чередующихся темных и светлых полос. Полученное изображение 8 двух систем интерференционных полос проецируется при помощи светоделительного элемента 9 на матричную периодическую систему 5, содержащую фотоэлементы 6, и регистрируется на матричной периодической системе 5 в виде их зависимости от местоположения фотоэлементов 6. При этом осуществляется регистрация двух систем интерференционных полос в виде сигналов пространственной частоты в двух направлениях. Затем записанные электрические сигналы подвергаются преобразованию Фурье на спектроанализаторе 3, на выходе которого получают их частотное преобразование в виде зависимости от длины световой волны. За счет этого, при ₁ = ₂ и соответственно d₁= d₂ достигается в два раза лучшее разрешение определяемой спектральной линии.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе спектрометрии, основанном на регистрации системы интерференционных полос стоячей световой волны посредством тонкого частично пропускающего слоя, рассеивающего или поглощающего энергию электрического поля стоячей световой волны, упомянутый слой, толщина которого не более /2, располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом и под углом , определяемым из соотношения sin = /2d, где - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, при этом регистрацию упомянутой системы интерференционных полос стоячей световой волны с периодом d осуществляют в виде сигнала пространственной частоты путем проецирования изображения упомянутой системы на матричную периодическую систему, содержащую фотоэлементы, полученные с упомянутых фотоэлементов электрические сигналы регистрируют в виде их зависимости от местоположения этих фотоэлементов в упомянутой матричной периодической системе и анализируют, при этом матричную периодическую систему, содержащую фотоэлементы,

выполняют с возможностью вращения вокруг оси, совпадающей с направлением распространения светового излучения.

Поставленная задача может быть также решена за счет того, что в способе спектрометрии, основанном на регистрации системы интерференционных полос стоячей световой волны посредством тонкого частично пропускающего слоя, рассеивающего или поглощающего энергию электрического поля стоячей световой волны, упомянутый слой, толщина которого не более /2, располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом и под углом , определяемым из соотношения sin = /2d, где - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, при этом регистрацию упомянутой системы интерференционных полос стоячей световой волны с периодом d осуществляют в виде сигнала пространственной частоты путем проецирования изображения упомянутой системы на матричную периодическую систему, содержащую фотоэлементы, расположенные параллельными линиями, с периодом размещения фотоэлементов по горизонтали - d_л и с периодом d_м размещения фотоэлементов по вертикали, при этом матричную периодическую систему выполняют с возможностью поворота вокруг оси, совпадающей с направлением распространения светового излучения, на величину угла между горизонтальными линиями расположения фотоэлементов упомянутой матричной периодической системы и линиями спроецированного на матричную периодическую систему изображения системы интерференционных полос, угол определяют из соотношения sin = d/d_л, при этом период размещения фотоэлементов по вертикали определяют из соотношения d_м = (N+1)d/cos, где N - количество фотоэлементов, расположенных в линейке упомянутой матричной периодической системы, а полученные с упомянутых фотоэлементов электрические сигналы регистрируют в виде их зависимости от местоположения этих фотоэлементов в матричной периодической системе и анализируют.

Поставленная задача может быть решена за счет того, что интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, спектроанализатор и тонкий частично пропускающий слой, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, дополнительно снабжен оптически сопряженной матричной периодической системой, содержащей фотоэлементы, которая расположена позади отражающего зеркала и установлена с возможностью ее разворота по оптической оси интерферометра, а упомянутый слой, толщина которого не более /2, располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом и под углом , определяемым из соотношения sin = /2d, где - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, а отражающее зеркало выполнено частично пропускающим световое излучение. Матричная периодическая система выполнена в виде матрицы приборов с зарядовой связью.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены схемы интерферометра (фиг. 7, 8) и схема проецирования изображения системы интерференционных полос на матричную периодическую систему (фиг.9).

Интерферометр (фиг. 7, 8) содержит оптически сопряженные источник 1 светового излучения, отражающее зеркало 2, спектроанализатор 3, тонкий частично пропускающий слой 4, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны. Интерферометр дополнительно снабжен оптически сопряженной матричной периодической системой 5, содержащей фотоэлементы 6, которая расположена позади отражающего зеркала 2 и установлена с возможностью ее разворота по оптической оси интерферометра, упомянутый слой 4 располагают между источником 1 светового излучения и отражающим зеркалом 2, а отражающее зеркало 2 выполнено частично пропускающим световое излучение. Тонкий частично пропускающий слой 4 может быть нанесен на одну из поверхностей оптического клина 7 (фиг.8). Отражающее зеркало 2 при этом может быть выполнено на другой поверхности упомянутого клина 7 в виде отражающего покрытия с коэффициентом отражения 0,50-0,99 и коэффициентом пропускания 0,01-0,50. На матричную периодическую систему 5, содержащую фотоэлементы 6, спроецировано изображение 8 системы интерференционных полос (фиг.9).

Заявленный способ спектрометрии осуществляется на настоящем интерферометре следующим образом.

Световой поток от источника 1 светового излучения поступает на отражающее зеркало 2, отражается от него и в виде стоячей световой волны поступает на тонкий частично пропускающий слой 4. За счет того что тонкий частично пропускающий слой 4 рассеивает или поглощает энергию электрического поля стоячей световой волны и расположен наклонно, в нем образуется система интерференционных полос, регистрацию которой можно осуществить в виде сигнала пространственной частоты с периодом следования d. При этом период следования d задан из соотношения: sin = /2d, где - угол между плоскостью тонкого частично пропускающего слоя 4 и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны (фиг.7). При использовании оптического клина 7 угол между плоскостью тонкого частично пропускающего слоя 4 и плоскостью отражающего зеркала 2 задан из соотношения sin = /2dn, где - длина световой волны, d - период интерференционных полос, n - показатель преломления материала оптического клина 7 (фиг.8). Матричную периодическую систему 5, содержащую фотоэлементы 6, расположенные параллельными линиями, с периодом размещения фотоэлементов 6 по горизонтали - d_л и с периодом d_м размещения фотоэлементов 6 по вертикали, поворачивают вокруг оси, совпадающей с направлением распространения светового излучения на величину угла между горизонтальными линиями расположения фотоэлементов 6 упомянутой матричной периодической системы 5 и линиями спроецированного на матричную периодическую систему 5 изображения 8 системы интерференционных полос в диапазоне (0-90^o).

Выбор угла (фиг.9).

Угол определяют исходя из соотношения: sin = d/d_л, где d_л - период фотоэлементов 6 в линейке матричной периодической системы 5. Период следования d_м линеек в упомянутой матричной периодической системе 5 определяют исходя из соотношения

,

где N количество фотоэлементов 6 в линейке упомянутой матричной периодической системы 5.

Для квадратной матричной периодической системы 5d_л=d_м и угол определяют исходя из соотношения

.

Расположенное, как показано на фиг.9, изображение 8 системы интерференционных полос проецируется через частично пропускающее световое излучение, отражающее зеркало 2, на матричную периодическую систему 5, содержащую фотоэлементы 6. Далее, спроецированное изображение 8 системы интерференционных полос на упомянутую систему 5, содержащую фотоэлементы 6, регистрируется в виде их зависимости от местоположения фотоэлементов 6 в матричной периодической системе 5. Затем записанные электрические сигналы подвергаются двухмерному преобразованию Фурье на спектроанализаторе 3, на выходе которого получают их частотное преобразование в виде зависимости от длины световой волны. При этом достигается высокое разрешение определяемых длин волн, например, в случае использования квадратной матричной периодической системы 5, разрешающая способность равна 2N².

Поставленная задача может быть решена за счет того, что интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, спектроанализатор и тонкий частично пропускающий слой, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, дополнительно снабжен матричной периодической системой, содержащей фотоэлементы, и светоделительным элементом, расположенным между упомянутым слоем и источником светового излучения, оптически сопряженным с матричной периодической системой, содержащей фотоэлементы, при этом упомянутая матричная периодическая система установлена с возможностью ее разворота по оптической оси, сопряженной с оптической осью интерферометра, а упомянутый слой, толщина которого не более /2, располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом и под углом , определяемым из соотношения sin = /2d, где - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны. Матричная периодическая система выполнена в виде приборов с зарядовой связью.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлена схемы интерферометра (фиг. 10, 11) и схема проецирования изображения системы интерференционных полос на матричную периодическую систему (фиг.9).

Интерферометр (фиг. 10, 11) содержит оптически сопряженные источник 1 светового излучения, отражающее зеркало 2, спектроанализатор 3 и тонкий частично пропускающий слой 4, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны. Интерферометр дополнительно снабжен матричной периодической системой 5, содержащей фотоэлементы 6, и светоделительным элементом 9, расположенным между упомянутым слоем 4 и источником 1 светового излучения, оптически сопряженным с матричной периодической системой 5, содержащей фотоэлементы 6, при этом упомянутая матричная периодическая система 5 установлена с возможностью ее разворота по оптической оси, сопряженной с оптической осью интерферометра, а упомянутый слой 4, толщина которого не более /2, располагают между источником 1 светового излучения и отражающим зеркалом 2 и под углом , определяемым из соотношения sin = /2d, где - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое 4 при воздействии стоячей световой волны.

Заявленный способ спектрометрии осуществляется на настоящем интерферометре следующим образом.

Световой поток от источника 1 светового излучения поступает на отражающее зеркало 2, отражается от него и в виде стоячей световой волны поступает на тонкий частично пропускающий слой 4. За счет того что тонкий частично пропускающий слой 4 рассеивает или поглощает энергию электрического поля стоячей световой волны и расположен наклонно, в нем образуется система интерференционных полос, регистрацию которой можно осуществить в виде сигнала пространственной частоты с периодом следования d. При этом период следования d задан из соотношения: sin = /2d, где - угол между плоскостью тонкого частично пропускающего слоя 4 и волновым фронтом световой волны, - длина световой волны (фиг.10). При использовании оптического клина 7 угол между плоскостью тонкого частично пропускающего слоя 4 и плоскостью отражающего зеркала 2 задан из соотношения sin = /2dn, где - длина световой волны; d - период интерференционных полос, n - показатель преломления материала оптического клина 7 (фиг.11). Матричную периодическую систему 5, содержащую фотоэлементы 6, расположенные параллельными линиями, с периодом размещения фотоэлементов 6 по горизонтали - d_л и с периодом d_м размещения фотоэлементов 6 по вертикали, поворачивают вокруг оси, совпадающей с направлением распространения светового излучения на величину угла между горизонтальными линиями расположения фотоэлементов 6 упомянутой матричной периодической системы 5 и линиями спроецированного на матричную периодическую систему 5 изображения 8 системы интерференционных полос в диапазоне (0-90^o).

Выбор угла (фиг.9).

Угол определяют исходя из соотношения: sin = d/d_л, где d_л - период фотоэлементов 6 в линейке матричной периодической системы 5. Период следования d_м линеек в упомянутой матричной периодической системе определяют исходя из соотношения



где N - количество фотоэлементов 6 в линейке упомянутой матричной периодической системы 5.

Для квадратной матричной периодической системы 5d_л=d_м и угол определяют исходя из соотношения



Расположенное, как показано на фиг.9, изображение 8 системы интерференционных полос проецируется с помощью светоделительного элемента 9 на матричную периодическую систему 5, содержащую фотоэлементы 6. Далее, спроецированное изображение 8 системы интерференционных полос на упомянутую систему 5, содержащую фотоэлементы 6, регистрируется в виде их зависимости от местоположения фотоэлементов 6 в матричной периодической системе 5. Затем записанные электрические сигналы подвергаются двухмерному преобразованию Фурье на спектроанализаторе 3, на выходе которого получают их частотное преобразование в виде зависимости от длины световой волны. При этом достигается высокое разрешение определяемых длин волн, например, в случае использования квадратной матричной периодической системы 5, разрешающая способность равна 2N².

Кроме того, заявленные способы спектрометрии позволяют производить измерение светового излучения различных длин волн, в том числе при их одновременном воздействии на тонкие частично пропускающие слои без изменения углов наклона, что достигается использованием существующих математических методов обработки электрических сигналов.

Предлагаемые способы спектрометрии и интерферометры для их осуществления позволяют повысить точность измерения световых волн в 2-5 раз при измерении светового излучения в широком спектральном диапазоне.