DE69104114T2

DE69104114T2 - System zur Auswertung der optischen Dispersion.

Info

Publication number: DE69104114T2
Application number: DE69104114T
Authority: DE
Inventors: Giorgio Grego
Original assignee: CSELT Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni SpA
Current assignee: Optical Technologies Center Srl Turin/torino
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1991-04-25
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2011-04-26
Also published as: US5144374A; EP0454124B1; EP0454124A1; DE69104114D1; DE454124T1; CA2041342A1; CA2041342C; JPH04230812A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der Spektralanalyse einer Lichtstrahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen, bei dem man wenigstens einen Impuls dieser Strahlung in ein lichtbeugendes Element mit bekannten und kontrollierten Charakteristiken einleitet, entlang dem die verschiedenen Wellenlängen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten fortschreiten, so daß eine zeitliche Dispersion der Wellenlängen auftritt, und man diese Dispersion zur Erzielung der spektralen Information auswertet, und auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, mit einer Quelle von Impulsen der in der Prüfung befindlichen Strahlung, einem lichtbeugenden Element, das die Impulse empfängt und die verschiedenen Wellenlängen in jedem Impuls zu unterschiedlichen Zeitpunkten abgibt und hierdurch eine zeitliche Dispersion des Impulses selbst bewirkt, und einer Detektoreinrichtung, die die der zeitlichen Dispersion unterworfenen Impulse empfängt.
Optische Spektroskopiesysteme, die üblicherweise dazu verwendet werden, ein Lichtstrahlenspektrum zu analysieren, verwenden Prismen oder Gitter, die eine räumliche Dispersion der verschiedenen in der von der Quelle emittierten Strahlung vorhandenen Wellenlängen bewirken. In bestimmten Fällen müssen sehr nahe beieinanderliegende Wellenlängen (z. B. Wellenlängen, die um einige Nanometer auseinanderliegen) unterschieden werden, beispielsweise bei der Charakterisierung monochromatischer Quellen mit sehr engem Band (z. B. einer lichtemittierenden Diode LED), oder bei der Raman- oder Brillouin-Spektroskopie usw. Zur Erzielung der bei diesen Anwendungen erforderlichen Auflösungen durch räumliche Dispersion sind sehr komplexe und damit teure Systeme zu verwenden. Beispielsweise beschreibt ein Aufsatz "Micro-Raman Studies of Fluoride Glass Optical Fibers", vorgelegt von J.A. Freitas jr., P.C. Pureza, I.D. Aggarwal und U. Strom am 6. Internationalen Symposium über Halidgläser, Clausthal-Zellerfeld, 1. bis 5. Oktober 1989, ein System, das die Strahlung, die von einem Probestück gestreut wurde, mit Hilfe eines Dreifach-Spektrometers sammelt und analysiert. Andere ähnlich teure Systeme erfordern Objektive mit sehr langer Brennweite, die die Systeme ziemlich umständlich machen.
In "Optical Fibers" von Takanori Okoshi, Academic Press, 1982, Seiten 71 bis 78 wird das Prinzip beschrieben, daß verschiedene Wellenlängen in einem entlang einer optischen Faser gesendeten Impuls unterschiedliche Verzögerungen erleiden, so daß also der Impuls einer zeitlichen Streuung unterworfen ist. Hierbei gibt es jedoch keine Andeutung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, die die zeitliche Streuung ausnützen, um die Spektralanalyse einer nicht-monochromatischen Strahlung durchzuführen, und zwar speziell, wenn die Wellenlängen in dieser Strahlung sehr nahe beieinander liegen.
Gemäß der Erfindung werden ein Spektroskopie-Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, die. eine hohe Meßempfindlichkeit aufweisen, ohne komplexer und teurer optischer Ausrüstungen zu bedürfen.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Spektralanalyse einer Lichtstrahlung, bei dem man einen Referenzimpuls bekannter Wellenlänge mit dem Impuls der in der Prüfung befindlichen Strahlung kombiniert und ihn zusammen mit dem Impuls der in der Prüfung befindlichen Strahlung in das lichtbeugende Element einleitet, die Eintreffereignisse an einem Detektor des Referenzimpulses und der verschiedenen Wellenlängen des Impulses der in der Prüfung befindlichen Strahlung erkennt, um die Dispersion auszuwerten, und die Werte der Dispersion unter Berücksichtigung der zuvor gespeicherten Charakteristiken des lichtbeugenden Elements zum Erzielen der spektralen Information über die in der Prüfung befindliche Strahlung verarbeitet.
Die Erfindung schafft außerdem eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, die weiterhin eine Quelle von Impulsen einer Referenzstrahlung umfaßt, die mit den Impulsen der in der Prüfung befindlichen Strahlung kombiniert werden, bevor sie in das lichtbeugende Element eingeleitet werden, wobei der Detektoreinrichtung eine Einrichtung, die die zeitliche Dispersion durch Erkennen der Eintreffereignisse des Referenzimpulses und der verschiedenen Wellenlängen im Impuls der in der Prüfung befindlichen Strahlung bei der Detektoreinrichtung auswertet, und ein Verarbeitungssystem, in dem die Dispersionscharakteristiken des lichtbeugenden Elements gespeichert sind und das die Emission der Impulse steuert und die Werte der Wellenlängen in der in der Prüfung befindlichen Strahlung durch Vergleich der zeitlichen Dispersion mit den sich auf die Dispersionscharakteristiken des lichtbeugenden Elements bezogenen Daten ermittelt, zugeordnet sind.
Vorteilhaft ist das beugende Element eine optische Faser mit hoher Dispersion.
Die Erfindung wird anschaulicher durch die Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung, in der:
- Fig. 1 eine graphische Darstellung der Dispersion einer optischen Faser ist;
- Fig.n 2 und 3 schematisch zwei Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung, die sich auf zwei verschiedene Anwendungen beziehen, zeigen;
- Fig. 4 ein Beispiel eines durch die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung zu analysierenden Spektrums ist; und
- Fig. 5 eine schematische Darstellung einer gegenüber der Vorrichtung von Fig. 2 abgewandelten Ausführungsform ist.
Vor der Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im einzelnen seien kurz die Prinzipien, auf denen die Erfindung beruht, besprochen.
Bekanntlich unterliegt eine Strahlung, die in einen optischen Wellenleiter, beispielsweise eine optische Faser, gesendet wird, einer Dispersion, d. h. die verschiedenen in der Strahlung vorhandenen Wellenlängen schreiten mit unterschiedlicher Geschwindigkeit fort, so daß ein von einer Quelle mit einer bestimmten Linienbreite und einer Dauer praktisch gleich Null emittierter Impuls sich "verbreitert" und eine endliche Dauer annimmt. Die Dispersion beruht im wesentlichen auf drei Erscheinungen: Materialdispersion, Leitungsdispersion (aufgrund von Unterschieden des Brechungsindex zwischen dem Kern und dem Überzug) und Moden-Dispersion: die letztere Ursache tritt offensichtlich in Monomode-Fasern nicht auf. Die gesamte Dispersion zeigt ein Verhalten gemäß Fig. 1, unabhängig von der Art der Faser. Die tatsächliche Neigung der Kurve hängt vom Fasertyp ab.
Werden also an einem Detektor die Zeitpunkte des Eintreffens und Verschwindens eines aus der Faser austretenden Impulses festgestellt und mit den Zeitpunkten des Eintreffens und Verschwindens eines Bezugsimpulses bekannter Wellenlänge und Linienbreite verglichen, oder werden die Zeitspannen gemessen, die getrennte aufeinanderfolgende Scheitel innerhalb des Impulses trennen, so ist es hieraus möglich, unmittelbar eine Information über die verschiedenen Wellenlängen zu erhalten, die im Impuls enthalten sind, ausgehend von den Dispersionscharakteristiken der Faser.
Es ist ersichtlich, daß, während die Dispersion bei der Verwendung der Fasern als Übertragungsmedium für optische Kommunikationen ein negativer Faktor ist, der minimalisiert werden muß, um hohe Übertragungsraten zu ermöglichen, statt dessen bei der vorliegenden Anwendung eine hohe Dispersion ein Vorteil ist und, je höher die Dispersion ist, um so weniger empfindlich und somit um so weniger kostenaufwendig der zu verwendende Apparat ist.
Ein Beispiel einer Vorrichtung, die optische Spektroskopie im Zeitbereich gemäß der Erfindung durchführt, ist in Fig. 2 dargestellt für den Fall der Analyse des von einer Quelle emittierten Lichts und in Fig. 3 für den Fall der Raman-Spektroskopie.
In Fig. 2 ist das zu analysierende, von einer Quelle 1 emittierte Licht einem optischen Faserstrang 2 durch ein optisches System, das durch eine Linse 3 schematisiert ist, eingekoppelt, nachdem es möglicherweise mit einem von einer Referenzquelle 20 emittierten Licht kombiniert worden ist, wie es schematisch durch einen Spiegel 21 dargestellt ist. Den Quellen 1 und 20 sind übliche Steuereinheiten 4 zugeordnet, die die Emission von Lichtimpulsen gegebener Dauer entweder durch direkte Quellenmodulation oder durch einen Modulator 22 ermöglichen. Vorteilhafterweise ist die Wellenlänge NR der Quelle 20 diejenige, bei der die Faser null Dispersion hat, so daß der Impuls keiner Verzerrung unterliegt. Das aus der Faser 2 austretende Licht wird von einem anderen optischen System aufgefangen, das schematisch durch eine Linse 5 dargestellt ist, und wird zu einem Detektor 6 gesendet. Das vom Detektor 6 ausgehende elektrische Signal wird von einer Zeitanalysevorrichtung 7 aufgenommen, beispielsweise von einem Abtast-Oszilloskop, das die Differenz zwischen den Zeitpunkten des Eintreffens des Referenzimpulses und des von der Quelle 1 emittierten Impulses sowie die Dauer des letzteren mißt.
Eine Verarbeitungsvorrichtung 8 enthält einen Speicher mit den gespeicherten Charakteristiken der Faser 2 (nämlich den Brechungsindizes von Kern und Überzug, der numerischen Apertur und der Verzögerung) für einen Wellenlängenbereich, der die von der getesteten Quelle 1 und von der Referenzquelle 20 emittierten Wellenlängen umfaßt; die Vorrichtung 8 erhält die Information über die Quelle 1 (z. B. deren Linienbreite und somit ihre zentrale Wellenlänge) von der Zeitinformation, die von der Analysevorrichtung 7 geliefert wird.
Vorteilhafterweise kann die Verarbeitungsvorrichtung 8 die Synchronisation zwischen der Analysevorrichtung 7 und der Quellensteuereinrichtung 4 durchführen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Quelle 1 eine lichtemittierende Diode mit einer zentralen Emissionswellenlänge von 630 nm und einer Linienbreite von einigen wenigen Nanometern, und sie wird so gesteuert, daß sie Impulse einer Dauer von 1 ns abgibt. Der Faserstrang 2 ist ein 1 km langer Monomode-Faserstrang aus Quarzglas (Silica), das mit 3,1% GeO&sub2; dotiert ist, wobei seine Dispersionscharakte ristiken genau die in Fig. 1 gezeigten sind. Eine solche Faser hat ein Stufen-Brechungsindexprofil und bei der zentralen Wellenlänge der Quelle betragen die Brechungsindizes des Kerns und des Überzugs 1,461 bzw. 1,457; die numerische Apertur ist 0,12. Diese Faser hat null Dispersion bei etwa 1500 nm (siehe Fig. 1), während die Dispersion im Bereich von 600 bis 1000 nm von etwa 308 ps/km nm bis etwa 60 ps/km nm bei 1000 nm veränderlich ist. Die Fasercharakteristiken sind in der anhängenden Tabelle aufgelistet, wobei N die Wellenlänge in Nanometer, NA(N) die numerische Apertur und T(N) die Durchgangszeit, gemessen in Picosekunden, entlang einem Faserstrang von 1 km Länge sind. Im Spektralbereich dieser Quelle sind die vom Faserstrang 2 eingeführten Verzögerungen in der Größenordnung einiger Nanosekunden. Die Zeitanalysevorrichtung 7 ist ein Abtastoszilloskop, das Zeitintervalle von 20 ps auflösen kann. Dieses Oszilloskop, dem eine Photodiode 6 mit einem Band von 20 GHz zugeordnet ist, ermöglicht Wellenlängenauflösungen in der Größenordnung von etwa 0,15 nm im Intervall des Quellenspektrums.
Das obige Beispiel zeigt klar die durch die erfindungsgemäße Technik erzielte hohe Auflösung. Außerdem ist ein Abtastoszilloskop viel billiger als ein Dreifach-Monochromator wie der im genannten Aufsatz beschriebene, und ist außerdem wesentlich weniger umständlich als hochauflösende Einfach-Monochromator-Systeme. Der Strang der optischen Faser ist von vernachlässigbaren Kosten. Ersichtlich ergibt die Erfindung also ein empfindliches Meßinstrument zu begrenzten Kosten.
Fig. 3 zeigt die Vorrichtung im Fall von Raman-Spektroskopie- Messungen. Die auch in Fig. 2 vorhandenen Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in jener Figur. Bekanntlich verwertet die Raman-Spektroskopie die Tatsache, daß eine in ein Probestück des zu erforschenden Materials geleitete monochromatische Strahlung eine gestreute Strahlung erzeugt, die nicht nur eine Linie bei der Quellenwellenlänge umfaßt, sondern weitere Linienpaare, die hinsichtlich der Quellenlinie symmetrisch sind und von dieser in einem Abstand liegen, der typisch für das zu untersuchende Material ist.
Bei dieser Anwendung der Erfindung wird der von der Quelle 1 emittierte Lichtimpuls auf ein Probestück 10 des zu analysierenden Materials gesendet und das von diesem Probestück seitwärts gestreute Licht wird von einem passenden optischen System 11 gesammelt und zu einem Filter 12 gegeben, der den ausnützbaren Spektrumsteil abtrennt, nämlich speziell die der Einfallsstrahlung, die bei dieser Anwendung auch die Funktion der Referenzstrahlung übernimmt, entsprechende Spitze dämpft. Die gestreute Strahlung wird von der Faser 2 gesammelt und, wie vorher, zum Detektor 6 geleitet, dessen Ausgangssignale durch das Abtastoszilloskop 7 und die Verarbeitungsvorrichtung 8 verarbeitet werden.
Unter der Annahme, daß für die Analyse der Spektruinteil verwendet wird, der längere Wellenlängen als die Quelle aufweist (die sogenannten Stokes'schen Linien, die eine höhere Lichtstärke haben als die entsprechenden Anti-Stokes'schen Linien, die hinsichtlich der Quellenlinie symmetrisch liegen), umfaßt das zu analysierende Spektrum, wie in Fig. 4 gezeigt ist, eine Hauptspitze bei der Quellenwellenlänge und die Raman-Streuspitzen von wesentlich niedrigerer Amplitude. Die erste dieser Linien ist in Bezug zur Quellenspitze um einige Nanometer (z. B. 5 bis 20 nm im Fall einer Teststrahlung mit der Wellenlänge 500 nm) verschoben. Das Gesamtmaß dieser Verschiebung ist charakteristisch für das Material des Probestücks. Wird angenommen, daß die selbe Faser und Quelle wie oben angewandt werden, so trifft die erste Streuspitze am Detektor mit einer Verzögerung von 1,5 bis 6 ns in Bezug zür Hauptspitze ein, also mit einer Verzögerung, die mit den beschriebenen Geräten leicht feststellbar ist.
Die Vorrichtung ermöglicht bei Verwendung einer angepaßten Impulsfrequenz auch die Untersuchung der Kinetik einer Anzahl von Vorgängen, selbst von schnellen Vorgängen (z. B. Kristallformierung, Wachstum, Modifikation), durch eine Auswertung der Veränderungen, denen die Streuspitzen während des Vorgangs unterworfen sind: würde ein üblicher Monochromator verwendet, so würde dies die Verwendung eines Feldmuster- Detektors erforderlich machen, der die Kosten weiter erhöht und darüberhinaus viel niedrigere Geschwindigkeitsgrenzen aufweist.
Im Fall, daß sehr kleine Zeitstreuungen (z. B. in der Größenordnung von Hundertsteln von Picosekunden oder weniger) auszuwerten sind, was sehr breitbandige Detektoren (bis zu den Grenzen der gegenwärtigen Technologie) erfordern würde, oder im Fall, daß sehr niedrige Signalstärken festzustellen sind, kann die Vorrichtung in der in Fig. 5 dargestellten Weise modifiziert werden.
Hier sind der Detektor 6 und die Zeitanalysevorrichtung 7 gemäß den Fig.n 2 und 3 ersetzt durch ein Detektor- und Analysesystem 16, das vorteilhafterweise eine akusto-optische Ablenkzelle 17 umfaßt, die von einem Signal mit periodisch sich ändernder Frequenz (beispielsweise von einem Rampensignal) getrieben wird, das von einem Generator 18 abgegeben wird, und ein Photodetektorfeld 19 umfaßt, bei dem die einzelnen Photodetektoren Ausgangssignale liefern, deren Signalstärken u. a. von der Zeit abhängen, für die sie das festzustellende optische Signal empfangen; beispielsweise können die Detektoren ladungsgekoppelte Bauelemente (CCD) verwenden. Das Detektorfeld 19 ist in einer Ebene in gegebenem Abstand L von der Zelle 17 positioniert.
Durch diese Anordnung werden die verschiedenen Wellenlängen λ1, λ&sub2; ... λn im von der Quelle 1 emittierten Signal, die an der Zelle 17 zu unterschiedlichen Zeitpunkten eintreffen, durch diese Zelle verschieden abgelenkt, und zwar in Abhängigkeit vom Wert der die Zelle treibenden Frequenz zum Zeitpunkt, zu dem sie die Zelle erreichen. Die verschiedenen Wellenlängen werden also durch verschiedene Photodetektoren im Feld aufgefangen. Vorzugsweise sind der Abstand L und der Bereich ΔF der Änderung der die Zelle treibenden Frequenz so gewählt, daß die verschiedenen Wellenlängen über die gesamte Feldfläche verteilt werden. Durch geeignete Synchronisierung der Impulsemission durch die Quelle 1 und die Referenzquelle 20 mit der Änderung der die Zelle treibenden Frequenz und durch Feststellung der Position im Feld, an der der Referenzimpuls eintrifft, unter Berücksichtigung der Differenz ΔF zwischen den extremen Frequenzen des Zellenmodulatitons-Frequenzbereichs kann das Verarbeitungssystem 8 die an jedem Punkt der Reihe vorliegende Wellenlänge bestimmen, da der Unterschied zwischen zwei Wellenlängen proportional dem Abstand zwischen den Detektoren ist, von denen die Wellenlängen empfangen werden.
Durch Verwendung eines Detektorfelds, das die verschiedenen Wellenlängen an verschiedenen Punkten und zu verschiedenen Zeitpunkten empfängt, sind die Bandbreitenprobleme des Einzelsensors beseitigt. Durch die Verwendung von ladungsgekoppelten Bauelementen oder dergleichen als Detektoren im Feld, also von Bauelementen, deren Ausgangssignal proportional dem Zeitintegral des Eingangssignals ist, ist es möglich, zum Detektor- und Analysesystem eine Kette identischer Impulse zu senden und das Ausgangssignal der einzelnen Detektoren am Ende der Kette auszuwerten. Man kann somit ein zeitintegriertes Signal auswerten, dessen Stärke wesentlich höher ist als die Signalstärke, die durch Senden eines einzelnen Impulses erhalten werden kann, so daß gute Ergebnisse aus der Spektralanalyse auch für sehr niedrige Lichtstärken der einzelnen Spektralspitzen erhalten werden können.
Es ist klar, daß das Photodiodenfeld auch ersetzt werden kann durch eine einzige Photodiode, die ebenfalls ladungsgekoppelte Bauelemente (CCD) oder dergleichen verwendet und die das von der Faser austretende Signal synchron mit der Variation der Treibfrequenz der Zelle 17 abtastet. Die Bewegungen der Photodiode werden vom Prozessor 8 gesteuert.
Bei einer Variante der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung kann die akusto-optische Zelle 17 durch eine sogenannte "Streifenkamera" ("streak camera") ersetzt sein. Eine Streifenkamera ist eine Vorrichtung zum Analysieren der Amplitude von Impulsen mit zeitvariabler Amplitude, mit Auflösungen in der Größenordnung von Picosekunden: die Photonen des zu analysierenden Lichtimpulses werden in einen Elektronenstrom umgewandelt, dessen Stärke proportional der momentanen Impulsstärke ist und der zwischen Ablenkplatten hindurchgeleitet wird, die von einer sich periodisch ändernden Spannung gesteuert werden, so daß die Elektronen durch verschiedene Punkte eines Detektors aufgefangen werden. Der Abstand zwischen zwei Punkten ist proportional der Differenz zwischen den Emissionszeitpunkten des jeweiligen Elektronenstroms. Bei der vorliegenden Anwendung beruht die Amplitudenvariabilität des zur Vorrichtung gesendeten Impulses auf dem Vorhandensein verschiedener Spitzen entsprechend den verschiedenen Wellenlängen im Lichtimpuls, die sich zeitlich als Effekt des Durchlaufs in der Faser verteilen. Der Detektor kann ein photolumineszierender Schirm oder eine Reihe von ladungsgekoppelten Bauelementen sein. Der Betrieb ist äquivalent dem der Ausführungsform unter Verwendung einer akusto-optischen Zelle, da eine die Zeitdispersion wiedergebende räumliche Dispersion erhalten wird. Tabelle

Claims

1. Verfahren der Spektralanalyse einer Lichtstrahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen, bei dem man wenigstens einen Impuls dieser Strahlung in ein lichtbeugendes Element (2) mit bekannten und kontrollierten Charakteristiken einleitet, entlang dem die verschiedenen Wellenlängen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten fortschreiten, so daß eine zeitliche Dispersion der Wellenlängen auftritt, und man diese Dispersion zur Erzielung der spektralen Information auswertet, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Referenzimpuls bekannter Wellenlänge mit dem Impuls der in der Prüfung befindlichen Strahlung kombiniert und ihn zusammen mit dem Impuls der in der Prüfung befindlichen Strahlung in das lichtbeugende Element (2) einleitet; daß man die Zeitpunkte des Eintreffens an einem Detektor (6; 19) des Referenzimpulses und der verschiedenen Wellenlängen des Impulses der in der Prüfung befindlichen Strahlung bestimmt, um die Dispersion auszuwerten; und daß man die Werte der Dispersion unter Berücksichtigung der zuvor gespeicherten Charakteristiken des lichtbeugenden Elements (2) zum Erzielen der spektralen Information über die in der Prüfung befindliche Strahlung verarbeitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des Referenzimpulses eine Wellenlänge ist, bei der das lichtbeugende Element null Dispersion hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Auswerten der Dispersion die Differenz zwischen den Zeitpunkten des Eintreffens des Referenzimpulses und der Wellenlängen des Impulses der in der Prüfung befindlichen Strahlung am Detektor (6) mißt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die in der Prüfung befindliche Strahlung eine Strahlung ist, die von einem Probestück eines Materials, auf das eine monochromatische Strahlung gesendet worden ist, gestreut worden ist, und eine erste Spektrallinie an der selben Wellenlänge der monochromatischen Strahlung und weiterhin Paare von Spektrallinien, die symmetrisch zur ersten Linie liegen, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß man die der ersten Linie entsprechende Spitze als Referenzimpuls verwertet und die Differenzen zwischen den Zeitpunkten des Eintreffens der der ersten Linie und den Linien der weiteren Paare entsprechenden Spitzen mißt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man den Impuls der in der Prüfung befindlichen Strahlung, der aus dem lichtbeugenden Element austritt, auch einer räumlichen Dispersion unterwirft, indem man die verschiedenen Wellenlängen um unterschiedliche Winkel ablenkt, wobei der Ablenkwinkel jeder Wellenlänge von der Verzögerung abhängt, mit der die Wellenlänge selbst das beugende Element (2) in Bezug zum Referenzimpuls verläßt, und man die Wellenlängenwerte aus den relativen Positionen der Punkte des Auftreffens der verschiedenen Wellenlängen und des Referenzimpulses auf dem Detektor (19) erhält.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Kette von Impulsen der in der Prüfung befindlichen Strahlung in das beugende Element (2) einleitet, die aus dem lichtbeugenden Element (2) austretenden Impulse durch den Detektor (19) auffängt, der ein zeitintegriertes Ausgangssignal abgibt, und das integrierte Signal am Ende der Impulskette auswertet.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die in der Prüfung befindliche Strahlung eine Strahlung ist, die von einem Probestück eines Materials, auf das eine monochromatische Strahlung gesendet worden ist, gestreut worden list, und eine erste Spektrallinie an der selben Wellenlänge der monochromatischen Strahlung und weiterhin Paare von Spektrallinien, die symmetrisch zur ersten Linie liegen, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß man die der ersten Linie entsprechende Spitze als Referenzimpuls verwertet und man die relativen Positionen der Punkte des Eintreffens der der ersten Linie entsprechenden Spitze und der den Linien der weiteren Paare entsprechenden Spitzen am Detektor zum Auswerten der Dispersion bestimmt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtbeugende Element (2) eine optische Faser mit hoher chromatischer Dispersion ist.

9. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit

- einer Quelle (1) von Impulsen der in der Prüfung befindlichen Strahlung;

- einem lichtbeugenden Element (2), das die Impulse empfängt und die verschiedenen Wellenlängen in jedem Impuls zu unterschiedlichen Zeitpunkten abgibt und hierdurch eine zeitliche Dispersion des Impulses selbst bewirkt; und

- einer Detektoreinrichtung (6; 19), die die der zeitlichen Dispersion unterworfenen Impulse empfängt;

dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Quelle (20) von Impulsen einer Referenzstrahlung umfaßt, die mit den Impulsen der in der Prüfung befindlichen Strahlung kombiniert werden, bevor sie in das lichtbeugende Element (2) eingeleitet werden, und daß der Detektoreinrichtung (6; 19) eine Einrichtung (7), die die zeitliche Dispersion durch Bestimmen der Zeitpunkte des Eintreffens des Referenzimpulses und der verschiedenen Wellenlängen im Impuls der in der Prüfung befindlichen Strahlung an der Detektoreinrichtung (6; 19) auswertet, und ein Verarbeitungssystem (8), in dem die Dispersionscharakteristiken des lichtbeugenden Elements (2) gespeichert sind und das die Emission der Impulse steuert und die Werte der Wellenlängen in der in der Prüfung befindlichen Strahlung durch Vergleich der zeitlichen Dispersion mit den sich auf die Dispersionscharakteristiken des lichtbeugenden Elements bezogenen Daten ermittelt, zugeordnet sind.

10.Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtbeugende Element (2) eine optische Faser hoher chromatischer Dispersion ist.

11.Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich net, daß die auswertende Einrichtung (7) die Werte der Differenz zwischen den Durchgangszeiten gleichzeitiger Impulse der Referenzstrahlung und der in der Prüfung befindlichen Strahlung in der Faser (2) bestimmt und sie an das Verarbeitungssystem (8) liefert.

12.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die auswertende Einrichtung (7) mit Steuervorrichtungen (4) der Quelle (1) so synchronisiert ist, daß das aus dem Detektor (6) austretende Signal nur zu gegebenen Zeitpunkten empfangen wird.

13.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen dem lichtbeugenden Element (2) und dem Verarbeitungssystem (8) ein Detektor- und Analysesystem (16) aufweist, das die Detektoreinrichtung (19) und eine weitere Einrichtung (17, 18) zum Ablenken der verschiedenen Wellenlängen der in der Prüfung befindlichen Strahlung um verschiedene Winkel in Abhängigkeit vom Zeitpunkt, zu dem die verschiedenen Wellenlängen das lichtbeugende Element (2) verlassen, enthält; und daß das Detektor- und Analysesystem (16) die relativen Positionen der Punkte des Eintreffens der verschiedenen Wellenlängen der in der Prüfung befindlichen Strahlung und der Referenzstrahlung an der Detektoreinrichtung (19) feststellt und das Verarbeitungssystem (8) dazu angeordnet ist, die spektrale Information aus diesen relativen Positionen zu erhalten.

14.Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ablenkende Einrichtung (17, 18) eine akusto-optische Zelle (17) umfaßt, die von einer variablen Frequenz und einem Generator (8) der variablen Frequenz angetrieben ist, und das Verarbeitungssystem (8) die Frequenzänderung mit der Impulsemission der Referenzstrahlung und der in der Prüfung befindlichen Strahlung synchronisiert.

15.Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ablenkende Einrichtung (17, 18) eine Streifenkamera umfaßt.

16.Vorrichtung nach Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (19) eine Detektorreihe umfaßt, in der verschiedene Detektoren verschiedene Teile der in der Prüfung befindlichen Strahlung und der Referenzstrahlung empfangen.

17.Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (1) der in der Prüfung befindlichen Strahlung eine Kette von Impulsen dieser Strahlung zum lichtbeugenden Element (2) sendet und jeder Detektor in der Reihe dazu angeordnet ist, am Ende der Kette ein Ausgangssignal zu liefern, dessen Stärke proportional dem Zeitintegral der Stärke des empfangenen Signals ist.