ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 194
Скачиваний: 2
анализатора, равный нулю, поскольку сигналы от приемников в этом случае будут одинаковыми. Таким образом, анализатор бу дет реагировать только на энергию излучения, принадлежащую к полосам поглощения анализируемого газа, и ие будет реагиро вать на излучение остальных длин воли (см. рис. 7. 9, в).
0
Рис. 7.10. |
Блок-схема без |
Рис. 7.11. Блок- |
||
дисперсионного 11К-анали- |
схема |
бездиспер- |
||
затора с |
положительной |
сиоиного ИК-ана- |
||
фильтрацией |
лизатора |
с |
отри |
|
|
|
цательной |
фильт |
|
|
|
рацией |
||
В анализаторе с.отрицательной фильтрацией (рис. 7.11) из лучение от ИК-псточника 1 проходит через измерительную кю вету 2, заполненную анализируемым веществом. Затем это излу чение проходит через сравнительную кювету 3, селективную кю вету 4 и попадает на неселективные ИК-приемники 5, 6. Сравнительная кювета 3 заполнена газом, не поглощающим И1\- излучение в интересующем нас спектральном интервале, а в се лективном кювете находится вещество, концентрация которого определяется в измерительной кювете. Этим обеспечивается не обходимая селективность измерений, так как в кювете 4 задер живается излучение, соответствующее полосам поглощения ана лизируемого вещества. Так как через кювету 3 излучение про ходит без помех, то на приемник 5 всегда будет попадать больше энергии, чем на приемник 6. Сигнал, пропорциональный разности энергий излучения, попадающего на приемники 5 и 6, после уси ления усилителем 7 и регистрации прибором 8 характеризует концентрацию анализируемого вещества. Анализатор с отрица
204
тельной фильтрацией регистрирует спектр энергий, показанный па рис. 7.9, б. Как видно из этого рисунка, анализатор реагиру ет на изменение энергии только части общего сигнала, соответ ствующей заштрихованным участкам спектра, в то время как анализатор с положительной фильтрацией реагирует на весь сиг нал (см. рис. 7.9, в ) . Значит, анализатор с положительной фильт рацией является более чувствительным. С другой стороны, в ана лизаторе с отрицательной фильтрацией нет подвижных частей, его устройство проще, он может применяться для анализа как газов, так и жидкостей. В промышленности применяются анали заторы как одного, так и другого типа.
Следует иметь в виду, что ИК-анализаторы как с положитель ной, так и с отрицательной фильтрацией могут успешно приме няться только в том случае, если анализируемая смесь не содер жит мешающих компонентов, которые поглощают излучение на тех же длинах волн, что и определяемое вещество. В этих усло виях, для того чтобы избежать неверных показаний, необходимо применить дополнительную фильтрацию излучения — например, установку кюветы К (см. рис. 7.11), заполненной смесью мешаю щих газов.
§ 7.3. ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ. ГОЛОГРАФИЯ
Развитие лазерной техники привело к новым возможностям спектроскопии и интерферометрии. Создание целого ряда опти ческих квантовых генераторов потребовало изучения спектраль ного состава их излучения. Высокая монохроматичность излуче ния ОКГ привела к открытию нового направления в технике — голографии, основанной на явлениях интерференции света.
Получили широкое применение лазерные интерферометры.
I. Лазерная спектроскопия
Принцип действия лазерного спектрометра несложен и может быть пояснен на примере отечественного лазерного спектрометра СПЛ-1, разработанного в 1969 г. институтом автоматики и элект рометрии Сибирского отделения АН СССР. Прибор СПЛ-1 (рис. 7.12) состоит из оптического блока 8 и электронной приставки 9. Спектрометрический анализ осуществляется при помощи интер ферометра 1 с высоким разрешением. Интерферометр представ ляет собой оптический резонатор (см. гл. III) с плоскими зерка лами 1' и 7//. При изменении расстояния I между этими зерка лами путем перемещения зеркала Г меняется длина волны К проходящего через резонатор излучения.
Спектрометр работает следующим образом. Излучение 6 ис следуемого ОКГ проходит через интерферометр 1 и зеркальной системой 2—3 фокусируется в плоскости диафрагмы 4. Пройдя диафрагму 4, излучение попадает на фотоприемник 5. Электри
205
ческие сигналы с фотопрпемннка после усиления поступают па отклоняющие пластины у осциллографа 7. Если развертка луча по осп .г осциллографа синхронизирована с частотой перемеще ния зеркала Г интерферометра, то ось времени д- па экране бу дет соответствовать осп частот в спектре исследуемого излуче-
Р ис. 7.12. С х ем а л а з е р н о г о сп ек тр о м ет р а :
/—интерферометр; 2, 3 ~ оптическая система; •/—диафрагм о; 5—'фотоприемипк; исследуемое излучение; 7—осциллограф; S—оптическиП блок; 9—электронная при
ставка
ния [см. формулы (3.19) и (3.20)]. Вертикальный размах у луча осциллографа пропорционален амплитуде соответствующей вол ны излучения. Таким образом, на экране осциллографа визуаль но воспроизводится картина генерируемых ОКГ колебании с от носительным амплитудным распределением. Параметры колеба ний (частота, амплитуда) могут быть записаны с помощью электронной приставки 9. Спектрометр позволяет исследовать излучения в пределах длин волн 0,4—3,4 мкм с разрешением 30 МГц. Потребляемая мощность составляет 50 Вт, вес прибора
23 кг, габариты 450x220x120 мм.
2. Голография, лазерная интерферометрия
Голография представляет собой процесс записи оптических сигналов, несущих информацию о наблюдаемых объектах и по лучении плоских пли объемных изображений этих объектов.
Принцип голографии был предложен английским физиком Д. Габором в 1947 г. Термин голография введен также Габором и происходит от греческого слова «холос» — полный и «графо» — пишу, т. е. означает «полная запись». Голография основа на на явлении нтерференцин световых волн. Голографическая за пись оптических сигналов отличается от обычной фотографии
тем, что в ней, кроме фиксации амплитуды (интенсивности) све товых лучей, фиксируются также и фазовые соотношения между этими лучами, одновременно осуществляется запись пространст венной структуры световых волн.
Р и с . 7.13. К п ол у ч ен и ю г о л о г р а м м ы о б ъ ек т а :
о ~принцип получения голографического изображения; /—объект; б, в— голограммы; г—схема восстановления изображения; 2, 3, ‘/—оптическая система; 5— ОКГ; в—фотопластинка (голограмма)
Для получения голографического изображения объекта необ ходим когерентный источник света, облучающий объект. Такими источниками являются, как известно, оптические квантовые гене раторы, которые появились в начале шестидесятых годов. По этому, несмотря на то что голография была изобретена в 1947 г., до 1962 г. она практически не развивалась. В СССР большая заслуга в развитии голографии принадлежит научному сотруд нику Государственного оптического института Ю. Н. Деннскжу,
207
ныне член-корреспонденту АН СССР. За фундаментальные тру ды в области голографии Ю. Н. Деннсюк удостоен в 1970 г. Ленинском премии.
Принцип получения голографического изображения объектов показан на рис. 7.13, а. Излучение оптического квантового гене ратора 5 с помощью зеркала 2 н объективов 3 п 4 одновременно направляется па фотографируемый объект 1 и специальную фо тографическую пластинку 6. Часть излучения 01\Г, направляемо го на фотопластинку, называется опорным пучком (ОП). Пучок света, направляемый на объект, называется предметным пучком (ПП). Отраженные от объекта 1 лазерные лучи также фиксиру ются фотопластинкой. В результате сложения волны опорного и предметного пучков света происходит их интерференция. Ин терференционная картина фиксируется фотопластинкой.
Экспонированная таким двойным светом и проявленная пла стинка представляет собой голограмму. При этом на фотопла стинке нет элементов, напоминающих сфотографированный объект. Если посмотреть на голограмму в обычном свете, то можно увидеть в простейшем случае систему темных и светлых полос пли колец (рис. 7.13, б). Чем сложнее предмет, тем боль ше деталей он содержит, тем сложнее будет интерференционный узор, и на голограмме увидим просто хаотическое чередование темных и светлых точек (см. рис. 7.13, в). Однако несмотря па это голограмма содержит в себе в зашифрованном виде объем ное (и даже цветное) изображение.
Получение видимого изображения с помощью голограммы осуществляется путем процесса восстановления. Для этой цели голограмму б (рис. 7.13, г) просвечивают наподобие диапозитива светом от ОКГ той же длины волны, что и опорный пучок. Под углом к освещающему пучку появится позитивное изображение объектив Г. Это изображение является мнимым, действитель ным изображением объекта будет изображение 1". Оба эти изо бражения можно сфотографировать. Так как при просвечивании восстанавливаются и фазовые соотношения волн, пришедших от различных точек сфотографированного объекта, его изображения будут казаться объемными.
Замечательным свойством голограммы является то, что если фотопластинку с записанной голограммой разбить на части, то при просвечивании любого, даже малого, осколка этой пластин ки можно увидеть полное изображение.
Свойства голограмм фиксировать фазовые соотношения волн находят широкое применение в технике, в том числе н в опти ческой промышленности.
Г л а в а VIII. НАБЛЮДЕНИЕ И ФОТОГРАФИРОВАНИЕ
ВИНФРАКРАСНЫХ ЛУЧАХ. РАДИОМЕТРИЯ
§8.1. ФОТОГРАФИРОВАНИЕ В ИК-ЛУЧАХ ОПТИЧЕСКИМИ ФОТОКАМЕРАМИ
Особенности фотографирования в инфракрасных лучах по сравнению с обычной фотографией заключаются в следующем.
1. Инфракрасное излучение лучше, чем видимое, проходит сквозь атмосферную дымку, замутненную среду и туманы не большой плотности, что дает возможность фотографировать уда ленные объекты (фотографирование на расстоянии десятков и сотен километров, аэрофотография, фотография земной поверх ности с ракет с искусственных спутников Земли).
2. Отличие коэффициентов пропускания, отражения и погло щения ряда предметов в ИК-областп спектра по сравнению с видимыми лучами позволяет выявить на ИК-фотографии ряд деталей, не различимых глазом в видимом свете и на обычной фотографии (эти особенности обусловили применение ИК-фото- графии в медицине, пскуствоведеннн, криминалистике и т. д.).
3. Инфракрасная фотография дает возможность получить снимки в темноте.
Для получения фотографии в ИК-лучах применяют специаль
ные пластинки и пленки, сенсибилизированные |
(очувствленные) |
к ИК-излученню. Обычные фотографические |
бромосеребряные |
эмульсин чувствительны к сине-фиолетовым лучам и почти не чувствительны к желтым, зеленым и красным лучам. Для того чтобы сделать фотоэмульсию чувствительной к более длинновол новому излучению, в эмульсию добавляют некоторые красители— оптические сенсибилизаторы. Добавление красителей на основе цинка (криптоцианииа, иеоцнанина п др.) делают эмульсию чув ствительной к инфракрасным лучам. Пластинки и пленки с эмульсией, сенсибилизированной к красной части спектра, на зываются панхроматическими, а к инфракрасной части — инфрахроматическими. Пленки, сенсибилизированные одновременно к красной и инфракрасной областям, называются панинфрахрома-
тическими.
Наша промышленность выпускает ннфрахроматические пла стинки и пленки: И-740, И-760, И-840, И-880, И-920, предназна ченные для спектрального анализа и съемки в ИК-лулах (цифра в названии указывает область длин волн в миллимикронах, к
которой |
сенсибилизирована |
эмульсия). |
Кривые |
спектральной |
|
чувствительности некоторых |
из |
этих |
пластинок |
показаны на |
|
рис. 8.1. |
Из рисунка видно, |
что |
с увеличением |
максимальной |
|
длины волны сенсибилизации чувствительность фотоматериала в ИК-области спектра падает. Иногда фотоматериал сенсибилизи руют к широкой части ИК-спектра. Так, например, некоторые
209