способ определения спектральных характеристик излучающего объекта

Формула изобретения

Способ определения спектральных характеристик излучающего объекта, включающий регистрацию спектров излучения эталонного и исследуемого источников и сравнение их интенсивностей, отличающийся тем, что дополнительно производят фоторегистрацию изображений обоих источников, привязывают их во времени к соответствующим импульсам излучения и по их отношению в расчете на слой единичной толщины излучающего слоя определяют коэффициент поглощения по формуле

= J/(J_pd),

где J- интенсивность исследуемого источника на данной длине волны;

J_p- интенсивность эталонного равновесного источника;

d - толщина излучающего слоя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области физической оптики и оптического приборостроения. Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для исследования спектральных характеристик газоразрядных источников излучения.

Известен "Способ измерения интенсивности линий в оптическом спектре" (А/С 5844194. Бюллетень 46, 1977, МКИ G 01 J). В способе сканируют по спектру в области спектральной линии относительно входной щели монохроматора, преобразовывают оптический сигнал в фототок, а с целью повышения точности измерений исходный сигнал разделяют на два потока и сканируют по ним во времени в противоположных фазах.

Недостатком способа является невозможность учета самопоглощения спектральной линии.

Известен также "Способ определения радиуса формирования и скорости расширения излучающего объекта и устройства для его осуществления" (Омаров О. А. , Эльдаров Ш. Ш. Патент 2095778, 1998). В способе производят фоторегистрацию изображения объекта свечения в близкие временные интервалы и определяют геометрические размеры и скорость развития излучающего тела.

Недостатком способа является невозможность определения oптической толщины излучающего объекта, а также отсутствие непрерывного временного разрешения.

Наиболее близким по технической сущности является "Способ для исследования светового излучения" (Патент 4123161 США. Бюллетень 5, 1978, МКИ G 01 J 3/32), в котором для исследования светового излучения на разных длинах волн световой поток разделяют на два расходящихся пучка лучей. В середине между лучами фокусируют эталонный промежуточный луч.

Недостатком способа является отсутствие временной развертки, вследствие чего исследуются только интегральные во времени характеристики импульса излучения. Другим недостатком способа является невозможность определения физических условий внутри излучающего объекта ввиду отсутствия возможности учета самопоглощения и переизлучения световых квантов.

Задача предлагаемого изобретения - определение спектральных характеристик излучающих объектов.

Технический результат - повышение точности и надежности исследований спектральных характеристик излучающих объектов.

Указанный технический результат достигается тем, что определяют коэффициент поглощения и абсолютную интенсивность спектральных линий путем сравнения интенсивностей излучения эталонного и исследуемого источников в расчете на слой единичной толщины.

Сущность предложенного изобретения состоит в том, что фотоприемником сканируют по всему спектру излучения эталонного равновесного и исследуемого источников излучения. Одновременно с этим при помощи сверхскоростного фоторегистора (СФР) определяют геометрические размеры обеих объектов свечения. Причем для исключения эффекта спектральной селективности фотоприемника оба световых сигнала направляют при помощи зеркал и полупрозрачных плоскопараллельных пластинок на единую оптическую систему и далее их подают на единый измерительный тракт.

Отношение измеренной интенсивности излучения из расчета на слой единичной толщины в приближении оптически тонкого слоя к интенсивности эталонного равновесного источника излучения дает непосредственно исправленный на вынужденное испускание коэффициент поглощения световых квантов на выделенной длине волны



где J - интенсивность исследуемого источника излучения на данной длине волны, которая определяется фотоэлектрической регистрацией, d - толщина излучающего объекта.

Интенсивность излучения эталонного равновесного источника определяется формулой Планка



где h - постоянная Планка, с - скорость света в данной среде, Т - температура равновесного источника излучения.

Интенсивность равновесного эталонного источника излучения определялась при помощи импульсного источника сплошного спектра ЭВ-45, который в диапазоне длин волн 270-700 нм излучает как абсолютно черное тело (АЧТ). Температура АЧТ определялась по показаниям пикового вольтметра самого источника ЭВ-45.

Примером конкретного исполнения служит определение коэффициента поглощения плазмы газового разряда (фиг.1). Сдвинутые во времени импульсы излучения от эталонного источника 1 и исследуемого объекта 2 посредством зеркал 3, 4 и полупрозрачных плоскопараллельных пластин 5, 6 направляют на диспергирующее устройство 7 и СФР 8. При помощи СФР производят фотосъемку изображений каналов разрядов с временным разрешением около 10 нс. Посредством диспергирующего устройства излучение разлагают в спектр, а ФЭУ 9 преобразовывает световой сигнал в электрический, который по коаксиальному кабелю подают на двухлучевой осциллограф 10 и измеряют величину фототока с соответствующим временным разрешением на отдельных линиях.

Осуществленные описанным способом фоторегистрации изображений излучающих объектов, а также импульсов свечения на длине волны ~450 нм представлены на фиг.2.

Предложенный способ определения спектральных характеристик излучающего объекта позволяет с высокой степенью точности исследовать спектральные характеристики излучающих объектов и не требует дополнительных затрат для исполнения.