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Spektralpolarimeter Die Erfindung betrifft ein Spektralpolarimeter
mit einer Lichtquelle, einem Monochromator mit einstellbarer Wellenlange und einem
Polarisationsstrahlengang mit Polarisator und Analysator.
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Zur Erzeugung von besonders gut monochromatischem Licht benötigt man
einen sehr aufwendigen Monochromator hoher Auflösung, bei welchem üblicherweise
das Lichtbündel mehrfach durch ein Dispersionsprisma geleitet wird, oder einen Gittermonochromator
mit Vorzerlegung. Dieser Aufwand ist für manche Anwendungen nicht tragbar. Es ist
ein Polarimeter dieser Art bekannt, bei welchem der Analysator aus einem Polarisationsprisma
und einem vorgeschalteten Faraday-Wobbler besteht. Hinter dem Analysator sitzt ein
photoelektrischer Detektora Eine optische aktive Probe wird zwischen Polarisator
und Analysator eingesetzt. Das Detektorsignal enthält Wechselstromkomponenten. Die
Komponente mit der einfachen Schwingfrequenz des Faraday-Wobblers ist ein MaX für
die Abweichung vom Abgleichzustand. Diese Komponente beaufschlagt nach Verstärkang
und phaaenempfindlicher Gleichrichtung eine weitere Faraday-Spule, durch welche
ein Abgleich erfolgt. Der für diesen Abgleich erforderliche Strom durch die Faraday-Spule
gibt eine Anzeige der
optischanDrehung in der Probe. Die Komponente
des Detektorsignals von der doppelten Schwingfrequenz des besagten Faraday-Wobblers
ist proportional der aus dem Monochromator austretenden Bündelintensität, der Schwingungsamplitude,
der Durchlaufrichtung des Analysators sowie der Durchlaßrichtung der Probe.
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Um diesen letzteren Einfluß bei der dort allein interessierenden Messung
der optischen Drehung auszuschalten, wird bei dem bekannten Polarimeter der Monochromatorspalt
automatisch in Abhängigkeit von der besagten Komponente von der doppelten Schwingfrequenz
geregelt. Es handelt sich dort also um eine automatische Verstärkungsregelung (DAS
1 117 904).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spektralpolarimeter
zu schaffen, das bei geringem technischen-Aufwand mit sehr gut monochromatischem
Licht arbeitet und dabei aber die Aufnahne eines Spektrums bei verschiedvsen Wellenlängen
gestattet.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Lichtquelle ein Linienspektrum
emittinrt und daß ein Monochromator mit einem Durchgang sowie eine Anzeigevorrichtung
vorgesehen sind, welche letztere auf die den Monochromator verlassende Bundelintensität
anspricht.
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Durch eine Lichtquelle, die ein Linienspektrum emittiert, kann man
mit den senr scharfen Linien arbeien9 erhalt also ein n einwandfrei monochromatisches
Licht, auch mit einem relativ einfachen Monochromatcr geringer
Auflösung.
Der Monochromator braucht nur die einzelnen scharfen Spektrallinien auszusondern.
Es bietet jedoch Schwierigkeiten, einen solchen relativ einfachen Monochromator
lediglich anhand der Wellenlängenskala so einzustellen, daß gerade eine Spektralbande
voll erfaßt wird und alle anderen ausgesondert werden. Daher wird nach der Wellenlängenskala
zunächst nur eine Grobeinstellung vorgenommen, und die genaue Einstellun g auf die
betreffende Spektralbande erfolgt mit Hilfe einer Bündelintensitatsanzeige. Die
Wellenlänge wird-so eingestellt, daß sich eine maxiv male Bundelintensität am Ausgang
des Mcnochromators ergibt, was dann darauf schließen läßt, daß die betreffende Spektralbande
voll erfa3t ist. Man kann so mit relativ einfachen Mitteln ein Spektralpolarimeter
aufbauen, das mit auBerordentlich gut monochromatischem Licht arbeitet, indem man
die Messung nacheinander bei den verschiedenen Spektrallinien durchführen wird,
kann der spektrale Verlauf der Polarisationseigens-chaften einer Probe punktweise
aufgenommen werden.
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Bei einem Spektralpolarimeter mit einem Polarisator oder Analysator,
dessen DurchlaBrichtung mit einer Frequenz f schwingt, kann die Anordnung so getroffen
werden, daß die Anzeigevorrichtung von einer hoheren Harmonischen der Frequenz f
im Detektorsignal beaufschlägt ist. Vorzugsweise ist diese höhere Harmonische die
Komponente mit der Frequenz 2f, die, wie oben schon erwähnt wurde, der Bindelintensität
proportional ist.
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Die Anzeigevorrichtung für die Bündelintensität kann so aufgebaut
sein, daß das Detektorsignal liber einen frequenzselektiven Verstärker sowie einen
mit der besagten höheren Harmonischen der Schwingfrequenz gesteuerten Ringmodulator
an einem Anzeigeinstrument anliegt.
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Die beschriebene Anordnung kann auf relativ einfache Weise ao ausgebildet
werden, daß sie zusätzlich eine Information über das Absorptionsverhalten der Probe
liefert. Die zur Anzeige ausgenutzte Komponente des Detektorsignals ist proportional
zu der den Monochromator verlassenden Bündelintensität und der Durchlässigkeit der
Probe. Wenn die Anordnung so getroffen ist, daß die Bündelintensität durch eine
zusätzliche Blende in bekannter Weise einstellbar ist, dann kann zunächst ohne Probe
eine Einstellung der Blende so erfolgen, daß das Anzeigeinstrument 100 % anzeigt.
Bei der Messung liefert das Anzeigemaximum, auf welches das Gerät mittels der Wellenlängeneinstellung
eingestellt wird, unmittelbar die Absorption bei der betroffenen Wellenlänge. Das
ist an sich das übliche Verfahren der Absorptionsmessung nach dem Einstrahlprinzip.
Dieses Verfahren wird bei der Erfindung jedoch mit einem Spektralpolarimeter unter
Ausnutzung einer hierbei anfallenden, höherfrequenten Signalkomponente und eines
zur Wellenlängen-Feineinstellung sowieso vorhandenen Anzeigeinstruments vorgenommen.
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Im Gegensatz zu der vorbekannten DAS 1 117 904 geht es auch nicht
darum, die Absorptionseinflüsse für die Polarisationsmessüng im Sinne einer automatischen
Verstärkungsregelung zu kompensieren. Vielmehr wird die Absorption zusätzlich gemessen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abbildung schematisch
dargestellt und im folgenden beschrieben : Mit 10 ist eine linienemittierende Lichtquelle
bezeichnet, von welcher durch ein optisches System 12 ein Lichtbundel auf dem Eintrittsspalt
eines Monochromators 14 gesammelt wird. Der-Monochromator 14 ist als-relativ einfacher
Prismenmonochromator mit einem Durchgang des Bündels durch das Dispersionspris-ma
aufgebaut. Die Die Wellenlänge der durch. den Austrittsspalt des Monochromators
14 austretenden Strahlung kann an einem Knopf 16 nach einer Skala 18 eingestellt
werden. Im Strahlengang des austretenden Btindels ist e-ine einstellbare Blende
20 angeordnet.
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Der Polarisationsstrahlengang enthält ein Polarisationsprimsa 22,
das in einem drehbar gelagerten Magnetanker 24 zen-tral eingesetzt ist. Der Magnetanker
24 sitzt in einer Schwingungsspulenanordnung 26, die aus dem Netz-mit der Frequenz
f über einen Spannungskonstanthalter 28 erregt wird und den Magne-tanker 24 mit
dem Polarisationsprisma 22 in Schwingungen um die optisçhe Achse des Polarisationsstrahlenganges
versetzt. Es entsteht also ein Bündel polarisierten Lichts, welches eine Probe 30
durchsetzt und dessen Polarisationsebene mit Netzfrequenz f schwingt. Hinter der
Probe 30 ist ein Analysator 32 im Strahlengang angeordnet. Das durch den Analysator
32 hindurchtretende Licht wird von einer Sammeloptik 34 auf einem Detektor 36 in
Gestalt eines Multipliers gesammelt.
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Der Analysator 32 ist in einem Schneekenrad 38.. angeordnet,
das
von einer Schnecke t0 zusammen mit dem Analysator32verdrehbarist.DieSehnecke 40
sitzt wiederum auf einem Schneckenrad 42, das von einer Schnecke 44 angetrieben
wird. Der Antrieb der Schnekke 44 erfolgt durch einen Zweiphasenmotor 46, dessen
eine Wicklkung 48 am Netz liegt. Mit der Motor 46 und der Schecke 44 ist ein Zählwerk
50 gekuppelt. Die zweite Wicklung 52 des Motors 46 wira nach Maßgabe des Detektrosignals
erregt,w ie noch beschrieben wir.
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Das Detektorsignal wird am Anodenwiderstand 54 des Kultiplier-Detektors
36 über einen Kondensator 56 abgegriffen und in einem Vorverstärker 58 verstärkt.
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Uber einen auf die Netzfrequenz f abgestimmten, frequenzselektivenVerstärker60wirddienetzfrequente
Komponente des Detektorsignals ausgesiebt und über ein einmalig einzustellendes
Phasenkorrekturglied 62 und einen Leistungsverstarker 64 auf die Wicklung 52 des
Motors 46 gegeben. Der Motor 46 verdreht den Analysator 32 so lang,e bis die netzfrequente
Komponente des Detektorsignals verschwindet. Die Stellung des Analysators 32 in
diesem Abgleichzustand ergibt dann unmttelbar die opus optische Drehung der Probe
32. Diese Stellung kann an dem Zählwerk 50 digital abgelesen werdne. Das ist an
sich bekannte Technik.
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Durch einen zweiten frequenzselektiven Verstärker 66, der auf die
doppelte Netzfreqaenz 2f abgestimmt ist, wird aus dem Detektorsignal die Komponente
mit dieser doppelten Netzfrequenz auf einen zweiten Kanal geleitet.
Hier
ist ein Meßbereichsumschalter 68 vorgesehen sowie ein ebenfalls einmalig einzustellendes
Phasenkorrekturglied 70. Die so erhaltene Wechselspamung von der doppelten Netzfrequenz
wird einem Ringmodulator 72 zugefiihrt, der von der Netzfrequenz f über einen Prequenzverdoppler
74 gesteuert wird. Der Ausgang des Ringmodulators 72 wird über einem Tiefpass 76
an einem Anzeigemstrument 78 angezeigt.
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Nit 80 und 82 sind je ein Netzteil zur Versorgung der Lichtquelle
10 und des Detektors 36 bezeichnet.
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An dem Knopf 16 wird annähernd die Wellenlänge der zu beobachtenden
Spektralbande eingestellt. Dann erfolgt die genaue Einstellung anhand des Anzeigeinstruments
78 solange, bis die Anzeige des Instruments 78 ein Maximum ist. Es ist jetzt sichergestellt,
daB die betreffende Spektrallinie voll erfaßt wird. Der Motor 46 verdreht jetzt
den Analysator nach Maßgabe der optischen Drehung bei der speziellen Wellenlange,
und das wird an dem Zählwerk 50 digital angezeigt.
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Um gleichzeitig eine Absorptionsmessung durchzuführen, wird ohne Probe
die Blende 20 eingestellt, bis das Anzeigeinstrument 78 100 % anzeigt. Wenn dann
anschliessend die Probe eingeführt wird, dann kann an dem Zählwerk 50 die optische
Drehung und an dem Anzeigeinstrument 78 die Absorption (Durchlässigkeit) abgelesen
werden.