NL9301533A

NL9301533A - Pulsed multiplex absorption spectrometer and method for determining, inter alia, absorption and reflectance characteristics of substances

Info

Publication number: NL9301533A
Application number: NL9301533A
Authority: NL
Original assignee: Stichting Katholieke Univ
Priority date: 1993-09-06
Filing date: 1993-09-06
Publication date: 1995-04-03

Abstract

Detection apparatus for determining measured values of, for example, absorptions of substances in the gas, liquid and/or solid phase, reflectance characteristics of thin layers and substrates, and for monitoring dynamic and/or repetitive processes by means of absorption and/or reflection. The apparatus is provided with a pulsed radiation source and a resonant cavity (resonator cavity) which contains at least part of the said substances, thin layers and/or substrates. A sensor system detects the radiation from the resonant cavity, and a monitoring unit determines the desired measured values on the basis of the detected time-dependent intensity trend of radiation in the resonant cavity. In the process, the radiation source emits pulsed radiation over a wide-band range, and the monitoring unit determines said measured values as a function of frequency components of radiation pulses emitted by the radiation source and injected into the resonant cavity. <IMAGE>

Description

Titel: Gepulste multiplex absorptie-spectrometer en werkwijze voor het bepalen van ondermeer absorptie- en reflectie-eigenschappen van stoffen.Title: Pulsed multiplex absorption spectrometer and method for determining, among other things, absorption and reflection properties of substances.

De uitvinding heeft betrekking op een detectie-apparaat voor het bepalen van meetwaarden van bijvoorbeeld absorpties van stoffen in de gas-, vloeistof en/of vaste-fase, reflectie-eigenschappen van dunne lagen en substraten alsmede voor het volgen van dynamische en/of repeterende processen middels absorptie en/of reflectie, voorzien van een gepulste stralingsbron, een trilholte waarin de door de stralingsbron gegenereerde elektromagnetische stralingspulsen worden ingekoppeld en waarin zich althans een deel van de genoemde stoffen, dunne lagen en/of substraten bevinden, een sensorsysteem welke de straling van de trilholte detecteert en een controle-eenheid die aan de hand van ten minste een deel van het tijdsafhankelijke intensiteitsverloop van de door het sensorsysteem gedetecteerde straling in de trilholte de gewenste meetwaarden afleidt.The invention relates to a detection device for determining measured values of, for example, absorptions of substances in the gas, liquid and / or solid phase, reflection properties of thin layers and substrates, as well as for tracking dynamic and / or repetitive processes by means of absorption and / or reflection, provided with a pulsed radiation source, a vibrating cavity in which the electromagnetic radiation pulses generated by the radiation source are coupled and in which at least a part of the said substances, thin layers and / or substrates are located, a sensor system which controls the radiation of the cavity and detects a control unit which derives the desired measured values on the basis of at least part of the time-dependent intensity curve of the radiation detected by the sensor system in the cavity.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het bepalen van dergelijke meetwaarden.The invention also relates to a method for determining such measured values.

Dergelijke detectie-apparaten en werkwijzen voor het detecteren van de absorptie van licht zijn op zich bekend en hebben als voordeel succesvol te kunnen worden toegepast, zelfs indien het desbetreffende absorptieproces niet middels fluorescentie of middels andere door absorptie geïnduceerde processen gemeten kan worden. Voor het gevoelig meten van absorptie is het noodzakelijk om fluctuaties in het gemeten signaal ten gevolge van intensiteit-fluctuaties in de stralingsbron te kunnen onderscheiden van de veranderde transmissie-intensiteit ten gevolge van absorptie. Dit is met name belangrijk wanneer gepulste stralingsbronnen worden gebruikt omdat hierbij intensiteit-fluctuaties met een grootte-orde van enkele procenten tussen verschillende stralingspulsen kunnen optreden.Such detection devices and methods for detecting the absorption of light are known per se and have the advantage of being successfully applied even if the respective absorption process cannot be measured by fluorescence or by other absorption-induced processes. For the sensitive measurement of absorption it is necessary to be able to distinguish fluctuations in the measured signal as a result of intensity fluctuations in the radiation source from the changed transmission intensity as a result of absorption. This is particularly important when using pulsed radiation sources, because intensity fluctuations of a few percent magnitude can occur between different radiation pulses.

Aan het probleem van de intensiteit-fluctuaties wordt door het boven omschreven detectie-apparaat tegemoet gekomen doordat de absorptie van een lichtpuls die gedurende langere tijd is opgesloten in de optische trilholte per tijdseenheid wordt gemeten. Hierbij wordt het tijdsverloop van de intensiteit van de straling in de trilholte gemeten welke ondermeer afhankelijk is van de kwaliteitsfactor van de trilholte. Deze kwaliteitsfactor wordt ondermeer bepaald door de absorptie van de stof die zich in de trilholte bevindt en door de reflecterende eigenschappen van de trilholte zelf. In het bijzonder wordt de afvaltijd van de straling in de trilholte gemeten.The problem of intensity fluctuations is solved by the detection device described above in that the absorption of a light pulse which has been enclosed in the optical vibrating cavity for a longer period of time is measured. The time course of the intensity of the radiation in the cavity is measured, which depends, among other things, on the quality factor of the cavity. This quality factor is determined, among other things, by the absorption of the substance contained in the cavity and by the reflective properties of the cavity itself. In particular, the decay time of the radiation in the cavity is measured.

Een nadeel van een dergelijk detectie-apparaat is dat meetwaarden worden verkregen die slechts geldig zijn voor één specifieke frequentie, namelijk de frequentie van de straling die wordt uitgezonden door de monochromatische stralingsbron. Het is echter veelal gewenst om genoemde meetwaarden te verkrijgen voor een reeks van verschillende frequenties waarbij bovendien een zo hoog mogelijke nauwkeurigheid gewenst is. Bovendien is het gewenst om op frequentie afhankelijke wijze reflectie eigenschappen van dunne lagen en/of substraten te kunnen meten.A drawback of such a detection device is that measurement values are obtained which are only valid for one specific frequency, namely the frequency of the radiation emitted by the monochromatic radiation source. However, it is often desirable to obtain said measured values for a series of different frequencies, in which additionally the highest possible accuracy is desired. In addition, it is desirable to be able to measure reflection properties of thin layers and / or substrates in a frequency-dependent manner.

Overeenkomstig de uitvinding is het detectie-apparaat hiertoe voorzien van een stralingsbron die gepulste straling over een speetraai-breedbandig gebied uitzendt waarbij de controle-eenheid genoemde meetwaarden afleidt als functie van frequentie-componenten van de door de stralingsbron uitgezonden en in de trilholte ingekoppelde stralingspulsen.According to the invention, the detection device is provided for this purpose with a radiation source which emits pulsed radiation over a wide-range broadband region, the control unit deriving said measured values as a function of frequency components of the radiation pulses emitted by the radiation source and coupled into the cavity.

In het bijzonder kan het spectrale gebied zodanig worden gekozen dat de gevoeligheid voor een bepaalde toepassing optimaal wordt.In particular, the spectral region can be selected such that the sensitivity for a particular application becomes optimal.

Verrassenderwijs is gebleken dat het bundelprofiel van de in de trilholte ingekoppelde straling niet kritisch is ten aanzien van de trilholte zodat bovengenoemde nauwkeurigheid voor alle gewenste frequenties kan worden gerealiseerd, zoals bijvoorbeeld het infrarood, zichtbaar licht en het UV. Overeenkomstig de uitvinding is een detectie-apparaat gerealiseerd dat bruikbaar is voor stralingsbronnen met intensiteit-variaties, een hoge detectiegevoeligheid heeft en geschikt is om absorptie van stoffen of reflectie eigenschappen van dunne lagen en substraten als functie van de frequentie te bepalen.Surprisingly, it has been found that the beam profile of the radiation coupled into the vibrating cavity is not critical with regard to the vibrating cavity, so that the above accuracy can be achieved for all desired frequencies, such as, for example, infrared, visible light and UV. In accordance with the invention, a detection device has been realized which is useful for radiation sources with intensity variations, has a high detection sensitivity and is suitable for determining the absorption of substances or reflection properties of thin layers and substrates as a function of the frequency.

In het bijzonder worden genoemde meetwaarden dan ook voor verschillende frequentie-componenten afgeleid.In particular, said measured values are therefore derived for different frequency components.

Volgens een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding is het apparaat verder voorzien van interferentie-middelen waaraan de door de stralingsbron gegenereerde stralingspulsen worden toegevoerd en die straling van een stralingspuls op met tenminste een parameter Δ instelbare en bekende wijze laat interfereren voor het verkrijgen van met de parameter Δ instelbaar geïnterfereerde stralingspulsen Ρ(Δ) die achtereenvolgens aan de trilholte worden toegevoerd en waarbij 'de controle-eenheid in de straling van de trilholte gedetecteerde pulsresponsies I(A,t) die respectievelijk behoren bij de stralingspulsen Ρ(Δ), Fourier-transformeert over de bekende parameter Δ voor het verkrijgen van genoemde meetwaarden. Hiermee wordt het mogelijk gemaakt direct uit de gedetecteerde straling van de trilholte de frequentie afhankelijke reflectie en de frequentie afhankelijke absorptie te bepalen. Hiertoe kan in principe gebruik worden gemaakt van een enkele stralingsbron zoals bijvoorbeeld een gepulste lamp en van een sensorsysteem dat slechts voorzien is van een enkele sensor-eenheid.According to a particular embodiment of the invention, the device is further provided with interference means to which the radiation pulses generated by the radiation source are applied and which causes radiation of a radiation pulse to interfere with at least one parameter Δ in a known and adjustable manner to obtain the parameter Δ adjustable interfered radiation pulses Ρ (Δ) which are successively applied to the cavity and where 'the control unit detects pulse responses I (A, t) in the radiation of the cavity corresponding to the radiation pulses in (Δ), Fourier transform about the known parameter Δ for obtaining said measured values. This makes it possible to determine the frequency-dependent reflection and the frequency-dependent absorption directly from the detected radiation from the cavity. In principle, use can be made for this purpose of a single radiation source, such as, for example, a pulsed lamp and of a sensor system which is only provided with a single sensor unit.

Volgens een verder aspect van deze bijzondere uitvoeringsvorm voert de controle-eenheid een Fourier-transformatie over de parameter Δ uit voor de pulsrespsonsies I (Δ, t) die geldig zijn op een zelfde tijdstip t volgend op het uitzenden van de bijbehorende stralingspuls. In het bijzonder voert de controle-eenheid de Fourier-transformaties respectievelijk uit voor verschillende tijdstippen t ter verkrijging van verschillende getransformeerde grootheden I{v,t) waarbij l(v,t) “ t /t bijvoorbeeld geschreven kan worden als B(v)e v waarin B(v) de spectrale intensiteitsverdeling van de stralingsbron en τν een karakteristieke afvaltijd van de pulsresponsie I(A,t) behorende bij een frequentie-component v weergeeft.According to a further aspect of this particular embodiment, the control unit performs a Fourier transform over the parameter Δ for the pulse responses I (Δ, t) that are valid at the same time t following the emission of the associated radiation pulse. In particular, the control unit performs the Fourier transforms for different times t respectively to obtain different transformed quantities I {v, t) where l (v, t) "t / t can be written as B (v), for example ev where B (v) represents the spectral intensity distribution of the radiation source and τν a characteristic decay time of the pulse response I (A, t) associated with a frequency component v.

Bij voorkeur bepaalt de controle-eenheid karakteristieke afvaltijden τν voor verschillende waarden van de frequentiecomponenten v aan de hand van respectievelijk een aantal op verschillende tijdstippen t geldige getransformeerde grootheden B(v)e't/Tv. Een en ander brengt met zich mee dat een groot aantal Fourier-transformaties dienen te worden uitgevoerd wanneer de afvaltijd nauwkeurig en voor verschillende frequenties moet worden bepaald. Het bepalen van deze afvaltijd kan volgens op zich bekende methoden worden uitgevoerd en zal niet nader worden toegelicht. De karakteristieke afvaltijd omvat ondermeer informatie over de genoemde absorptie en/of reflectie.Preferably, the control unit determines characteristic decay times τν for different values of the frequency components v on the basis of a number of transformed quantities B (v) e't / Tv, respectively, valid at different times t. All this implies that a large number of Fourier transforms have to be performed if the decay time has to be accurately determined for different frequencies. The determination of this waste time can be carried out according to methods known per se and will not be further elucidated. The characteristic waste time includes information about the aforementioned absorption and / or reflection.

In het bijzonder omvatten de interferentie-middelen een Michelson-interferometer waarbij de parameter Δ een maat is voor een weglengteverschil tussen armen van de interferometer.In particular, the interference means includes a Michelson interferometer, where the parameter Δ is a measure of a path length difference between arms of the interferometer.

Hierbij wordt opgemerkt dat het op zich bekend is om met een Michelson-interferometer het frequentie-spectrum van continue elektromagnetische straling te bepalen. Daarnaast is het bekend om de door een Michelson spectrometer uitgezonden straling direct op een te onderzoeken monster te laten vallen waarna althans een deel van deze straling wordt gedetecteerd voor het bepalen van de absorptie van het monster. Hierbij wordt echter geen gebruik gemaakt van analyse van het tijdsafhankelijke verloop van de intensiteit in de trilholte om de gewenste meetwaarden te bepalen. De nauwkeurigheid van een dergelijke meter ligt bovendien enkele grootte-orders lager dan bij het detectie-apparaat overeenkomstig de uitvinding. Bovendien is het met deze bekende meter niet mogelijk reflectie eigenschappen van dunne lagen of substraten te bepalen. Tevens is het niet mogelijk om dynamische processen te volgen.It is noted that it is known per se to determine the frequency spectrum of continuous electromagnetic radiation with a Michelson interferometer. In addition, it is known to drop the radiation emitted by a Michelson spectrometer directly onto a sample to be examined, after which at least part of this radiation is detected to determine the absorption of the sample. However, no use is made of an analysis of the time-dependent variation of the intensity in the cavity to determine the desired measured values. The accuracy of such a meter is moreover a few orders of magnitude lower than with the detection device according to the invention. Moreover, it is not possible with this known meter to determine the reflection properties of thin layers or substrates. It is also not possible to follow dynamic processes.

Volgens een voordelige uitvoeringsvorm bepaalt de controle-eenheid de momentane instelling van de parameter Δ. Dit heeft als voordeel dat de controle-eenheid op ieder moment de waarde van Δ kent zodat de Fourier-transformatie kan worden uitgevoerd. De controle-eenheid fungeert hierbij derhalve eveneens als stuur-eenheid voor het detectie-apparaat. Het is echter eveneens mogelijk de parameter Δ met een niet tot de controle-eenheid behorende instel-eenheid in te stellen en de uiteindelijke instelling volgens een op zich bekende methode te meten en door te geven aan de controle-eenheid.According to an advantageous embodiment, the control unit determines the instantaneous setting of the parameter Δ. This has the advantage that the control unit always knows the value of Δ so that the Fourier transform can be performed. The control unit therefore also functions as a control unit for the detection device. However, it is also possible to set the parameter Δ with an adjustment unit not belonging to the control unit and to measure the final setting according to a method known per se and to pass it on to the control unit.

Volgens een bijzonder aspect van de uitvinding omvat de trilholte tenminste twee spiegels waartussen althans een deel van door de stralingsbron uitgezonden straling reflecteert. Hierbij kan de genoemde stof zich tussen of op tenminste een van de spiegels bevinden. Indien de stof gasvormig is zal deze zich tussen de spiegels bevinden terwijl een vloeibare of vaste stof eveneens op een spiegel kan worden aangebracht. Tevens kunnen de reflectie eigenschappen van de spiegel of van substraten en dunne lagen die op de spiegel zijn aangebracht worden bepaald.According to a special aspect of the invention, the vibrating cavity comprises at least two mirrors between which at least a part of radiation emitted by the radiation source reflects. The said material can be located between or on at least one of the mirrors. If the substance is gaseous, it will be between the mirrors, while a liquid or solid can also be applied to a mirror. The reflective properties of the mirror or of substrates and thin layers applied to the mirror can also be determined.

De trilholte kan verder nog zijn voorzien van doorlaat-middelen om een gedeelte van de straling van de trilholte te laten ontsnappen en waarbij het sensorsysteem althans een deel van de ontsnapte straling detecteert voor het detecteren van de straling in de trilholte. Hierdoor wordt het mogelijk gemaakt het sensor-systeem buiten de trilholte te plaatsen terwijl de straling in de trilholte kan worden gemeten. In het bijzonder zijn de doorlaatmiddelen de spiegels zelf, die gedeeltelijk transparant zijn voor de gebruikte straling.The vibrating cavity can furthermore be provided with transmitting means for allowing a part of the radiation to escape from the vibrating cavity and wherein the sensor system detects at least a part of the escaped radiation for detecting the radiation in the vibrating cavity. This makes it possible to place the sensor system outside the cavity while the radiation in the cavity can be measured. In particular, the transmitting means are the mirrors themselves, which are partially transparent to the radiation used.

Volgens een alternatieve uitvoeringsvorm van het detectie-apparaat volgens de uitvinding omvat de trilholte doorlaat-middelen om een gedeelte van de in de trilholte aanwezige straling te laten ontsnappen, is het detectie-apparaat verder voorzien van spectraal-dispergerende middelen waaraan uit de trilholte ontsnapte straling wordt toegevoerd en is het sensorsysteem voorzien van een aantal ruimtelijk van elkaar gescheiden sensor-eenheden die ieder ontsnapte straling detecteren met een bepaalde frequentie-component. Hierdoor kan per sensor-eenheid een meetwaarde worden afgeleid die geldig is voor een bepaalde frequentie-component of frequentie-band. Hiertoe verwerkt in het bijzonder de controle-eenheid de door een sensor-eenheid gedetecteerde ontsnapte straling voor het verkrijgen van meetwaarden behorende bij de bepaalde frequentie-componenten. Bij voorkeur verwerkt de controle-eeriheid ten minste een deel van het tijdsafhankelijke intensiteitsverloop van de door een sensor-eenheid ontvangen en uit de trilholte ontsnapte straling behorende bij een door de stralingsbron uitgezonden stralingspuls voor het verkrijgen van genoemde meetwaarden. Hierbij bepaalt de controle-eenheid een karakteristieke afvaltijd van het tijdsafhankelijke intensiteitsverloop van de door een sensor-eenheid ontvangen en uit de trilholte ontsnapte straling behorende bij een door de stralingsbron uitgezonden stralingspuls voor het verkrijgen van genoemde meetwaarden. Het bepalen van deze afvaltijd kan door de controle-eenheid volgens op zich bekende methoden worden uitgevoerd en zal niet nader worden toegelicht. De karakteristieke afvaltijd omvat ondermeer informatie over de genoemde absorptie en/of reflectie.According to an alternative embodiment of the detection device according to the invention, the vibrating cavity comprises transmitting means for releasing part of the radiation present in the vibrating cavity, the detection device is further provided with spectral dispersing means to which radiation escaped from the vibrating cavity is supplied and the sensor system is provided with a number of spatially separated sensor units, each of which detects escaped radiation with a specific frequency component. As a result, a measurement value can be derived per sensor unit that is valid for a certain frequency component or frequency band. To this end, in particular the control unit processes the escaped radiation detected by a sensor unit to obtain measured values associated with the determined frequency components. Preferably, the control unit processes at least part of the time-dependent intensity curve of the radiation received by a sensor unit and escaped from the cavity associated with a radiation pulse emitted by the radiation source to obtain said measured values. The control unit herein determines a characteristic decay time of the time-dependent intensity curve of the radiation received by a sensor unit and escaped from the cavity associated with a radiation pulse emitted by the radiation source for obtaining said measured values. The determination of this waste time can be carried out by the control unit according to methods known per se and will not be further elucidated. The characteristic waste time includes information about the aforementioned absorption and / or reflection.

In het bijzonder omvatten de speetraai-dispergerende middelen een prisma en/of tralie.In particular, the speed-turning dispersants comprise a prism and / or grating.

Een werkwijze overeenkomstig de uitvinding wordt gekenmerkt in dat gepulste straling over een breedbandig gebied wordt uitgezonden waarbij genoemde meetwaarden worden afgeleid als functie van de frequentie-componenten van de uitgezonden en in de trilholte ingekoppelde stralingspulsen.A method according to the invention is characterized in that pulsed radiation is emitted over a broadband area, said measured values being derived as a function of the frequency components of the emitted radiation pulses coupled into the cavity.

Tenslotte wordt opgemerkt dat onder een te bepalen meetwaarde eveneens een karakteristieke afvaltijd wordt verstaan.Finally, it is noted that a measured value to be determined is also understood to mean a characteristic waste time.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de volgende figuren waarvan: figuur 1 een eerste uitvoeringsvorm van een detectie-apparaat volgens de uitvinding weergeeft; figuur 2 de intensiteit van door een sensorsysteem van het detectie-apparaat van figuur 1 ontvangen straling weergeeft ; en figuur 3 een tweede uitvoeringsvorm van een detectie-apparaat volgens de uitvinding weergeeft.The invention will be further elucidated with reference to the following figures, of which: figure 1 shows a first embodiment of a detection device according to the invention; Figure 2 shows the intensity of radiation received by a sensor system of the detection device of Figure 1; and figure 3 shows a second embodiment of a detection device according to the invention.

In figuur 1 is met verwijzingscijfer 1 een gepulste lamp van een detectie-apparaat 2 aangegeven die elektromagnetische pulsen 4 uitzendt. De elektromagnetische pulsen hebben een breedbandig spectrum dat in dit geval zichtbaar licht en/of infrarood en/of ultra violet omvat. De spectrale helderheid van de bron is ongeveer 1.0 μιΤ/ατΓ1. Andere waarden zijn echter eveneens mogelijk. De pulsduur is bij voorkeur kort ten opzichte van de nog nader te bespreken afvaltijd rv en bedraagt bijvoorbeeld 5-20 ns. Andere waarden van de pulsduur zijn echter eveneens mogelijk. De pulsherhalingsfrequentie heeft bij voorkeur een orde van grootte van enkele KHz en is klein ten opzichte van de reciproque waarde van de afvaltijd tv. Bij voorkeur is de pulsherlalingsfrequentie ten minste tien maal kleiner dan de reciproque waarde van de afvaltijd rv.In Figure 1, reference numeral 1 designates a pulsed lamp of a detection device 2 which emits electromagnetic pulses 4. The electromagnetic pulses have a broadband spectrum which in this case includes visible light and / or infrared and / or ultra violet. The spectral brightness of the source is approximately 1.0 μιΤ / ατΓ1. However, other values are also possible. The pulse duration is preferably short with respect to the fall-off time rv yet to be discussed and is, for example, 5-20 ns. However, other pulse duration values are also possible. The pulse repetition frequency preferably has an order of magnitude of a few KHz and is small with respect to the reciprocal value of the decay time TV. Preferably, the pulse repetition frequency is at least ten times less than the reciprocal of the dwell time rv.

Het detectie-apparaat 2 omvat verder een Michelson-interferometer 6 die is opgebouwd uit een halfdoorlatende spiegel 8, een vast opgestelde spiegel 10 en een door een instel-eenheid 12 aangedreven beweegbare spiegel 14. De beweegbare spiegel 14 kan met behulp van de instel-eenheid 12 in de richting van de pijl 16 heen en weer worden bewogen. De momentane positie van de spiegel wordt hier ten opzichte van een referentie-positie 18 met een parameter Δ aangegeven. De referentie-positie 18 is in dit geval dusdanig gekozen dat het weglengte verschil tussen de vast opgestelde spiegel 10 en de beweegbare spiegel 14 nul is wanneer de beweegbare spiegel 14 zich op de referentie-positie 18 bevindt. Het zal echter duidelijk zijn dat andere willekeurige referentie-posities kunnen worden gekozen. Het detectie-apparaat 2 is verder voorzien van een trilholte 20 welke aan zijn binnen zijde is voorzien van twee tegenover elkaar geplaatste spiegels die een optisch stabiele trilholte vormen. Hierbij is spiegel 22 voorzien van een inlaat 26 en spiegel 24 van een uitlaat 2 waardoor elektromagnetische straling respectievelijk de trilholte in en uit kan treden.The detection device 2 further comprises a Michelson interferometer 6 which is composed of a semipermeable mirror 8, a fixed mirror 10 and a movable mirror 14 driven by an adjustment unit 12. The movable mirror 14 can be adjusted with the aid of the adjustment device. unit 12 are moved back and forth in the direction of arrow 16. The instantaneous position of the mirror is indicated here with reference to a reference position 18 with a parameter Δ. The reference position 18 in this case is chosen such that the path length difference between the fixed mirror 10 and the movable mirror 14 is zero when the movable mirror 14 is at the reference position 18. It will be understood, however, that other arbitrary reference positions can be chosen. The detection device 2 is further provided with a vibrating cavity 20 which is provided on its inner side with two opposing mirrors which form an optically stable cavity. Mirror 22 is herein provided with an inlet 26 and mirror 24 with an outlet 2 through which electromagnetic radiation or the cavity can enter and exit.

Een sensorsysteem 30 is ingericht voor het ontvangen van via de uitlaat 28 uit de trilholte 20 ontsnapte straling en geeft via leiding 32 een signaal af dat een maat is voor de intensiteit van de ontvangen elektromagnetische straling als functie van de tijd. Hierbij is het sensorsysteem 30 geschikt om straling te ontvangen met frequentie-componenten die binnen de bandbreedte van het spectrum van de door de lamp l uitgezonden en bij de trilholte ingekoppelde elektromagnetische pulsen liggen.A sensor system 30 is adapted to receive radiation that has escaped from the cavity 20 via the outlet 28 and gives a signal via line 32 which is a measure of the intensity of the received electromagnetic radiation as a function of time. Here, the sensor system 30 is suitable for receiving radiation with frequency components which lie within the bandwidth of the spectrum of the electromagnetic pulses emitted by the lamp 1 and coupled at the vibrating cavity.

Het signaal van het sensorsysteem 30 wordt via de leiding 32 een controle-eenheid 34 toegevoerd die het signaal verder bewerkt ter verkrijgen van de gewenste meetwaarden die eventueel op een display 36 kunnen worden afgebeeld.The signal from the sensor system 30 is supplied via the line 32 to a control unit 34 which further processes the signal to obtain the desired measured values which can optionally be displayed on a display 36.

De werking van het detectie-apparaat 2 zal hierna worden omschreven. Ongeveer 50 procent van de gepulste elektromagnetische straling 4 wordt door de halfdoorlatende spiegel 8 doorgelaten en valt op de instelbare spiegel 14. Deze doorgelaten gepulste straling 38 wordt door de spiegel 14 gereflecteerd in de richting van de halfdoorlatende spiegel 8. Daarnaast wordt ongeveer 50 procent van de gepulste elektromagnetische straling gereflecteerd in de richting van de vast opgestelde spiegel 10. Ook deze gepulste straling 40 wordt gereflecteerd in de richting van de halfdoorlatende spiegel 8. Een gedeelte van de gereflecteerde straling 42, 44 van zowel spiegel 10 als spiegel 14 zal na te zijn doorgelaten respectievelijk na te zijn gereflecteerd door de halfdoorlatende spiegel 8 met elkaar interfereren en geïnterfereerde stralingspulsen 46 vormen die zich van de vast opgestelde spiegel 10 af bewegen. De wijze waarop de gereflecteerde straling 42, 44 interfereert hangt af van het weglengte-ver-schil Δ tussen de vast en beweegbaar opgestelde spiegels 10, 14.The operation of the detection device 2 will be described below. About 50 percent of the pulsed electromagnetic radiation 4 is transmitted through the semipermeable mirror 8 and falls on the adjustable mirror 14. This transmitted pulsed radiation 38 is reflected by the mirror 14 towards the semipermeable mirror 8. In addition, about 50 percent of the the pulsed electromagnetic radiation reflected in the direction of the fixed mirror 10. This pulsed radiation 40 is also reflected in the direction of the semipermeable mirror 8. A part of the reflected radiation 42, 44 from both mirror 10 and mirror 14 will be reflected. are transmitted respectively after being reflected by the semipermeable mirror 8 to interfere with each other and form interfered radiation pulses 46 moving away from the fixed mirror 10. The manner in which the reflected radiation 42, 44 interferes depends on the path length difference Δ between the fixed and movable mirrors 10, 14.

De aldus verkregen geïnterfereerde stralingspulsen Ρ(Δ) die via inlaat 26 de trilholte 20 worden ingekoppeld kunnen als volgt worden omschreven: (1)The thus obtained interfered radiation pulses Ρ (Δ) which are coupled into the cavity 20 via inlet 26 can be described as follows: (1)

Hierin is B(v) de spectrale intensiteitsverdeling van de gepulste lamp 1 als functie van de frequentie v, Δ het genoemde weglengte verschil en c de snelheid van het licht.Here B (v) is the spectral intensity distribution of the pulsed lamp 1 as a function of the frequency v, Δ the mentioned path length difference and c the speed of light.

Een stralingspuls Ρ(Δ) zal in de trilholte een groot aantal malen tussen de spiegels 22, 24 reflecteren. De tijdsafhankelijke straling ten gevolge van een stralingspuls Ρ(Δ) in de trilholte en die overeenkomt met de ontsnapte tijdsafhankelijke straling die de trilholte 20 via de uitlaat 28 verlaat kan als volgt worden weergegeven:A radiation pulse Ρ (Δ) will reflect many times between mirrors 22, 24 in the cavity. The time-dependent radiation due to a radiation pulse Ρ (Δ) in the cavity and corresponding to the escaped time-dependent radiation leaving the cavity 20 via the outlet 28 can be represented as follows:

(2)(2)

Hierbij is τν de karakteristieke afvaltijd behorende bij een frequentie component v in de trilholte en t het tijdstip ten opzichte van het moment waarop de bijbehorende stralingspuls P(Δ) door de lamp 1 werd uitgezonden. Formule (2) is geldig indien de pulsbreedte veel kleiner is dan τν. Indien dit niet het geval is, verdient formule (2) een op zich bekende aanpassing die voor het wezen van de uitvinding echter geen verschil maakt Een en ander brengt met zich mee dat l(A,t) de pulsresponsie in de trilholte van door de lamp 1 via de Michelson interferometer uitgezonden stralingspuls Ρ(Δ) voorstelt.Here, τν is the characteristic decay time associated with a frequency component v in the cavity and t is the time relative to the moment when the associated radiation pulse P (Δ) was emitted by the lamp 1. Formula (2) is valid if the pulse width is much smaller than τν. If this is not the case, formula (2) deserves a modification known per se which does not make any difference to the essence of the invention. All this entails that 1 (A, t) the pulse response in the cavity of the lamp 1 represents radiation pulse Ρ (Δ) emitted via the Michelson interferometer.

Voor de karakteristieke afvaltijd τν geldt:For the characteristic waste time τν applies:

(3) waarin d de optische lengte van de trilholte, Rv de reflectie aan het oppervlak van de spiegels 22, 24 voor frequentiecomponent v en S de absorptie van een stof 48 in de trilholte 20 voor een frequentie-component v representeert. Hierbij kunnen R en/of S eventueel tijdsafhankelijk zijn. Deze stof kan gasvormig zijn. Het is echter eveneens mogelijk dat de stof vloeibaar of vast is. Bovendien kan de stof 48 zich op tenminste een van de spiegels 22, 24 bevinden. Daarnaast is het mogelijk dat zich dunne lagen of substraten op tenminste een van de spiegels 22, 24 bevinden zodat de reflectie-coëfficiënt van deze lagen of substraten kan worden gemeten. Natuurlijk is het eveneens mogelijk, wanneer de absorptie S en de reflectie R van formule 3 bekend zijn, aan de hand van de karakteristieke afvaltijd τν een van de andere parameters van formule 3 te bepalen.(3) wherein d represents the optical length of the cavity, Rv, the reflection at the surface of the mirrors 22, 24 for frequency component v and S represents the absorption of a substance 48 in the cavity 20 for a frequency component v. R and / or S may be time-dependent here. This substance can be gaseous. However, it is also possible that the substance is liquid or solid. In addition, the fabric 48 can be on at least one of the mirrors 22, 24. In addition, it is possible that thin layers or substrates are present on at least one of the mirrors 22, 24, so that the reflection coefficient of these layers or substrates can be measured. Of course it is also possible, when the absorption S and the reflection R of formula 3 are known, to determine one of the other parameters of formula 3 on the basis of the characteristic decay time τν.

-1 /t-1 / t

Via Fourier-transformatie kan het produkt B(v)e v voor iedere gemeten t worden berekend als:Via Fourier transform, the product B (v) e v for each measured t can be calculated as:

(4)(4)

Voor t=0 wordt de spectrale intensiteitsverdeling van de stralingsbron B(v) teruggevonden. De informatie aangaande de gewenste meetwaarden ligt echter besloten in de frequentie afhankelijke afvaltijd rv. Hiermee is aan getoond dat het in principe mogelijk is aan de hand van formule 4 de frequentie afhankelijke afvaltijd τν als functie van de frequentiecomponent v te berekenen.For t = 0, the spectral intensity distribution of the radiation source B (v) is found. However, the information regarding the desired measured values is contained in the frequency-dependent waste time RV. This shows that in principle it is possible to calculate the frequency-dependent waste time τν as a function of the frequency component v on the basis of formula 4.

De controle-eenheid 34 bepaalt hiertoe via leiding 50 de parameter Δ waarmee de instel-eenheid 12 de interferometer 6 instelt. Het is echter eveneens mogelijk dat de instel-eenheid 12 de spiegel 14 op autonome maar vooraf bepaalde wijze instelt en dat de gemaakte instelling - dat wil zeggen de momentane waarde van Δ - via leiding 50 aan de controle-eenheid 34 wordt doorgegeven. Een en ander wordt dusdanig uit-gevoerd dat door het sensorsysteem 30 achtereenvolgens puls-responsies l(A,t) worden gemeten met verschillende waarden van Δ. De wijze waarop Δ wordt gevarieerd is niet relevant.For this purpose, the control unit 34 determines via parameter 50 the parameter Δ with which the setting unit 12 sets the interferometer 6. However, it is also possible that the adjustment unit 12 adjusts the mirror 14 in an autonomous but predetermined manner and that the adjustment made - that is, the instantaneous value of Δ - is passed on to the control unit 34 via line 50. All this is carried out in such a way that pulse responses 1 (A, t) are measured successively by the sensor system 30 with different values of Δ. The manner in which Δ is varied is irrelevant.

Wel is bekend op welke wijze de parameter Δ wordt gevarieerd. Daar de integraal van formule 4 zo nauwkeurig mogelijk dient te worden benaderd wordt Δ bij voorkeur over een relatief groot gebied, bijvoorbeeld 10 cm tot enkele meters, en in zo klein mogelijke stapjes, gevarieerd. Deze variatie kan zowel continu als stapsgewijs worden uitgevoerd.It is known how the parameter Δ is varied. Since the integral of formula 4 must be approximated as accurately as possible, Δ is preferably varied over a relatively large area, for example 10 cm to a few meters, and in steps as small as possible. This variation can be performed continuously or stepwise.

Indien de parameter Δ continu wordt gevarieerd door de beweegbare spiegel 14 met een vooraf bepaalde snelheid over een vooraf bepaald traject heen en weer te laten bewegen, wordt door het sensorsysteem 30 achtereenvolgens pulsrespon-sies I (Δ0, t), I(Ai,t) , . .I(A2,t) ,. .I(Ai,t) , . .I(An,t) met Δί=Δο+ϊ(3Δ (i=0,1,2,3, .. .n) gemeten, dat wil zeggen, met telkenmale een andere waarde van Δ, zie figuur 2. Doordat de pulsresponsies elkaar niet of nauwelijks overlappen - de reciproque waarde T van de pulsherhalingsfrequentie is immers groot ten opzichte van de karakteristieke afvaltijden τν - kan voor iedere pulsresponsie telkenmale de waarde van l(Ai,t) geldend voor een zelfde tijdstip t' worden gemeten. Aan de hand van de waarden van I (Δι, t=t1) (i=l,2,...n) kan op bekende wijze de integraal van formule 4 worden benaderd door een eindige som die hier niet nader zal worden besproken. Hiertoe ontvangt de controle-eenheid 34 via leiding 32 achtereenvolgens de pulsresponsies l(Ao,t), I(Ai,t),.... en bepaalt hieruit ΚΔο^^'), I(Ai,t=t’),...... zie figuur 2. Hierbij kunnen de genoemde pulsresponsies door de controle-eenheid bijvoorbeeld worden bemonsterd en gedigitaliseerd voor verdere verwerking. Bovendien ontvangt de controle-eenheid 34 via leiding 50 informatie omtrent de bij een pulsresponsie I(A,t) behorende waarde van Δ zodat de genoemde eindige som, die de integraal van formule 4 benadert, voor een waarde van t=t' kan worden bepaald uit I (Δο,t=t1), I(Δι,t=tI(Δη,t=t1) en de bijbehorende bekende waarden van Δ=Δο, Δ=Δχ,...Δ=Δη. Hierbij kan n gelijk zijn aan bijvoorbeeld 1000 of 10000 en Δη-Δο aan bijvoorbeeld 10 cm. Het berekenen van de integraal van formule 4 kan worden uitgevoerd met een op zich bekende algoritme.If the parameter Δ is continuously varied by moving the movable mirror 14 back and forth at a predetermined speed over a predetermined trajectory, the sensor system 30 successively produces pulse responses I (Δ0, t), I (Ai, t ),. .I (A2, t),. .I (Ai, t),. .I (An, t) with Δί = Δο + ϊ (3Δ (i = 0,1,2,3, .... N) measured, that is to say, with a different value of Δ each time, see figure 2. Because the pulse responses do not overlap, if at all, since the reciprocal value T of the pulse repetition frequency is large with respect to the characteristic fall times τν - the value of l (Ai, t) valid for the same time t 'can be measured for each pulse response. Using the values of I (Δι, t = t1) (i = 1, 2, ... n), the integral of formula 4 can be approximated in a known manner by a finite sum which will not be discussed here in more detail. To this end, the control unit 34 successively receives the pulse responses 1 (Ao, t), I (Ai, t), ... via line 32 and determines ΚΔο ^^ '), I (Ai, t = t') from this, ...... see figure 2. Here, the said pulse responses can for instance be sampled and digitized by the control unit for further processing. In addition, the control unit 34 receives via line 50 information about the value of Δ associated with a pulse response I (A, t), so that the said finite sum, which approximates the integral of formula 4, can become a value of t = t ' determined from I (Δο, t = t1), I (Δι, t = tI (Δη, t = t1) and the associated known values of Δ = Δο, Δ = Δχ, ... Δ = Δη. for example 1000 or 10000 and Δη-Δο for example 10 cm The calculation of the integral of formula 4 can be performed with an algorithm known per se.

De controle-eenheid 34 is voorzien van een hier niet nader omschreven rekeneenheid van een algemeen bekend type die bijzonder geschikt is om een dergelijke som snel te kunnen uitrekenen.The control unit 34 is provided with a computer unit of a generally known type, not further described here, which is particularly suitable for the rapid calculation of such a sum.

Overeenkomstig de uitvinding wordt de som echter voor een groot aantal verschillende waarden van t bepaald (voor t=t', t=t", ... etc.) zodat een goed inzicht wordt verkregen in het ~ t /t tijdsafhankelijke verloop van B(v)e v. Indien de waarde van " t /t B(v)e v voor een groot aantal verschillende waarden van t bekend is - bijvoorbeeld 1000-10000 waarden die althans in hoofdzaak evenredig verspreid liggen over een gebied van t=0 tot bijvoorbeeld t=6-rv kan op zich bekende wijze, die hier niet nader zal worden besproken, de waarde van τν worden bepaald.In accordance with the invention, however, the sum is determined for a large number of different values of t (for t = t ', t = t ", ... etc.) so that a good insight is obtained into the ~ t / t time-dependent course of B (v) e v. If the value of "t / t B (v) ev is known for a large number of different values of t - for example 1000-10000 values that are at least substantially evenly distributed over a range from t = 0 to for example t = 6-rv, the value of τν can be determined in a manner known per se, which will not be discussed here in more detail.

Indien τν bekend is kan via formule 3 een bij de frequentie v behorende waarde van S worden bepaald indien d en R bekend zijn. Natuurlijk is d een bekende parameter terwijl R eveneens vooraf kan zijn bepaald. Andersom is het mogelijk dat de trilholte is gevuld met een gas waarvan de waarde van S bekend is. Dan is het mogelijk om bijvoorbeeld de waarde van R te bepalen zodat de reflectie van de spiegels 22, 24 en/of substraten en dunne lagen die op tenminste een van deze spiegels is aangebracht kunnen worden berekend. Wellicht ten overvloede wordt opgemerkt dat de controle-eenheid 34 aan de hand van de meetwaarde τν, indien gewenst, via formule 3 andere meetwaarden kan berekenen maar dat deze berekeningen eveneens elders kunnen worden uitgevoerd.If τν is known, a value of S associated with the frequency v can be determined via formula 3 if d and R are known. Of course d is a known parameter, while R can also be predetermined. Conversely, it is possible that the cavity is filled with a gas of which the value of S is known. Then it is possible, for example, to determine the value of R so that the reflection of the mirrors 22, 24 and / or substrates and thin layers applied to at least one of these mirrors can be calculated. It is perhaps superfluous to note that the control unit 34 can calculate other measured values via formula 3, if desired, via formula 3, but that these calculations can also be performed elsewhere.

In de hierboven omschreven uitvoeringsvorm bepaalt de lamp 1 geheel autonoom het moment waarop een stralingspuls zal worden uitgezonden. Het zal duidelijk zijn dat het boven omschreven detectie-apparaat overeenkomstig de uitvinding op vele wijze kan worden gevarieerd. Zo is het mogelijk om met behulp van de instel-eenheid 12 de spiegel 14 stapsgewijs in te stellen. Ten behoeve van een synchronisatie tussen het instellen van de spiegel 14 enerzijds en het uitzenden van een stralingspuls door de lamp 1 anderzijds kan bijvoorbeeld door de controle-eenheid 34 via leiding 50 een triggerpuls worden verstuurd naar aanleiding waarvan de instel-eenheid 12 de beweegbare spiegel met een zekere waarde van Δ instelt en waarna de controle-eenheid 34 via leiding 52 een synchronisa- tiepuls naar de lamp l toevoert, naar aanleiding waarvan de lamp 1 een stralingspuls 4 uitzendt. Hierbij is het natuurlijk eveneens mogelijk om achtereenvolgens een aantal stralingspulsen 4 uit te zenden bij een zelfde waarde van Δ zodat de ontvangen pulsresponsies I(A,t) achtereenvolgens kunnen worden gemiddeld voor het verkrijgen van een zeer nauwkeurig resultaat. Hierna kunnen een serie pulsresponsies I(A,t) worden bepaald met een andere waarde van Δ die wederom worden gemiddeld. Indien voldoende pulsresponsies zijn bepaald met een verschillende waarde van Δ die bovendien over een voldoende groot bereik liggen verspreid zodat voldoende informatie aanwezig is om de integraal van formule 4 middels een eindige som te benaderen kan deze door de controle-eenheid 34 worden uitgerekend.In the above-described embodiment, the lamp 1 autonomously determines the moment at which a radiation pulse will be emitted. It will be clear that the above-described detection device according to the invention can be varied in many ways. It is thus possible to adjust the mirror 14 stepwise with the aid of the adjusting unit 12. For the purpose of synchronization between the adjustment of the mirror 14 on the one hand and the emission of a radiation pulse by the lamp 1 on the other hand, a control pulse can be sent, for example, by the control unit 34 via line 50, on the basis of which the adjustment unit 12 moves the movable mirror by a certain value of Δ and after which the control unit 34 supplies a synchronization pulse to the lamp 1 via line 52, as a result of which the lamp 1 emits a radiation pulse 4. It is of course also possible here to successively emit a number of radiation pulses 4 at the same value of Δ, so that the received pulse responses I (A, t) can be successively averaged to obtain a very accurate result. After this, a series of pulse responses I (A, t) can be determined with a different value of Δ which are again averaged. If sufficient pulse responses have been determined with a different value of Δ which, moreover, are spread over a sufficiently large range so that sufficient information is available to approximate the integral of formula 4 by a finite sum, it can be calculated by the control unit 34.

Het is uiteraard eveneens mogelijk dat genoemde synchronisatie op andere wijze tot stand komt, bijvoorbeeld doordat de lamp via leiding 52 een trigger-signaal stuurt naar de controle-eenheid 34, naar aanleiding waarvan de controle-eenheid de instelmiddelen 12 stuurt. Tenslotte wordt nog opgemerkt dat het eveneens mogelijk is leiding 50 te laten vervallen. In plaats hiervan wordt de momentane positie van de spiegel 14 met bekende meetmiddelen 54 gemeten, De meetmiddelen 54 geven de gemeten momentane waarde van Δ door aan de controle-eenheid 34 die dan tezamen met de bijbehorende ontvangen pulsresponsies l(A,t) de genoemde som weer kan bepalen. Hierbij werkt de instel-eenheid 12 derhalve geheel autonoom en stelt op een vooraf bepaalde wijze de parameter Δ in. Voor de volledigheid wordt nog opgemerkt dat de karakteristieke afvaltijd τν bij frequentie v niet uitsluitend voor een frequentie-component v behoeft te worden bepaald maar dat het eveneens mogelijk is dat τν wordt bepaald voor een relatief smalle frequent ie-band v uit het spectrum B{v) . In de praktijk zal dit veelal het geval zijn daar het detectie-apparaat een eindige resolute zal hebben. Indien n bijvoorbeeld wordt vergroot of wordt verkleind zal de resolutie worden verbeterd.It is of course also possible for said synchronization to be effected in another manner, for instance in that the lamp sends a trigger signal via line 52 to the control unit 34, whereafter the control unit controls the adjusting means 12. Finally, it is also noted that it is also possible to drop conduit 50. Instead, the instantaneous position of the mirror 14 is measured with known measuring means 54. The measuring means 54 transmit the measured instantaneous value of Δ to the control unit 34 which, together with the associated received pulse responses l (A, t), then sum again. The setting unit 12 therefore operates completely autonomously and sets the parameter Δ in a predetermined manner. For the sake of completeness, it is also noted that the characteristic decay time τν at frequency v need not be determined exclusively for a frequency component v, but that it is also possible that τν is determined for a relatively narrow frequency ie band v from the spectrum B { v). In practice, this will often be the case since the detection device will have a finite resolution. For example, if n is increased or decreased, the resolution will be improved.

Een en ander brengt met zich. mee dat voor de term frequentiecomponent eveneens frequentieband kan worden gelezen.All this entails. note that for the term frequency component, frequency band can also be read.

In figuur 3 wordt een tweede uitvoeringsvorm van een detectie-apparaat 56 volgens de uitvinding weergegeven. Hierbij zijn onderdelen die overeenkomen met onderdelen van het detectie-apparaat van figuur 1 van zelfde referentienummers voorzien. Het detectie-apparaat 56 omvat de gepulste lamp l die de stralingspulsen 4 genereert. De stralingspulsen p worden via inlaat 26 bij de trilholte 20 ingekoppeld. Het detectie-apparaat 56 is verder voorzien van een golflengte-dispergerende eenheid 58, zoals bijvoorbeeld een prisma of een tralie, die de via uitlaat 28 uit de trilholte 20 ontsnapte straling 60 af buigt over een hoek die afhankelijk is van de frequentie van de straling 60. Daar de straling 60 zoals nog nader zal worden besproken verschillende frequentie-componenten omvat zal de ontsnapte straling uiteen waaieren.Figure 3 shows a second embodiment of a detection device 56 according to the invention. Here, parts corresponding to parts of the detection device of figure 1 are provided with the same reference numbers. The detection device 56 comprises the pulsed lamp 1 which generates the radiation pulses 4. The radiation pulses p are coupled into the cavity 20 via inlet 26. The detection device 56 is further provided with a wavelength-dispersing unit 58, such as, for example, a prism or grating, which deflects the radiation 60 escaped from the vibrating cavity 20 via outlet 28 by an angle which depends on the frequency of the radiation 60. Since the radiation 60, as will be discussed in further detail, comprises various frequency components, the escaped radiation will fan apart.

Het detectie-apparaat omvat verder een sensorsysteem 62 dat is voorzien van een aantal in afstand van elkaar gescheiden sensor-eenheden 62i (i=l,2,3,___n). Iedere sensor- eenheid 62i is in staat de intensiteit van de ontvangen straling te meten als functie van de tijd en geeft via leiding 64i (i=l,2,3,...n) een signaal af dat een maat is voor deze intensiteit. Daarnaast is het detectie-apparaat voorzien van een controle-eenheid 66 welke de via leidingen 64i ontvangen signalen verder verwerkt en de resultaten van deze verwerking zonodig af beeldt op een display 36. De pulsbreedte van de lamp is bijvoorbeeld 3-100 ns. Andere waarden zijn echter eveneens mogelijk. De spectrale intensiteitsverdeling van de stralingspulsen 4 die bij de trilholte 20 worden ingekoppeld wordt gegeven door B(v) waarin v de frequentie weergeeft.The detection device further includes a sensor system 62 which includes a plurality of spaced apart sensor units 62i (i = 1,2,3, n_). Each sensor unit 62i is able to measure the intensity of the received radiation as a function of time and gives a signal via line 64i (i = 1, 2,3, ... n) that is a measure of this intensity . In addition, the detection device is provided with a control unit 66 which further processes the signals received via lines 64i and, if necessary, displays the results of this processing on a display 36. The pulse width of the lamp is, for example, 3-100 ns. However, other values are also possible. The spectral intensity distribution of the radiation pulses 4 coupled into the cavity 20 is given by B (v) in which v represents the frequency.

De tijdsafhankelijke straling i»(t) ten gevolge van een stralingspuls P met een spectrale intensiteitsverdeling B(v) in de trilholte en die overeenkomt met de ontsnapte tijdsafhankelijke straling die de trilholte 20 via de uitlaat 28 verlaat kan als volgt worden weergegeven: (5)The time-dependent radiation i »(t) as a result of a radiation pulse P with a spectral intensity distribution B (v) in the vibrating cavity and corresponding to the escaped time-dependent radiation leaving the vibrating cavity 20 via the outlet 28 can be represented as follows: (5 )

Hierbij is τν de karakteristieke afvaltijd van een frequentie component v in de trilholte en t het tijdstip ten opzichte van het moment waarop de bijbehorende stralingspuls P in de trilholte wordt ingekoppeld. Een en ander brengt met zich mee dat I’ (t) de pulsresponsie in de trilholte van een door de lamp 1 uitgezonden stralingspuls P voorstelt. Formule (5) is geldig indien de pulsbreedte veel kleiner is dan τν. Indien dit niet het geval is, verdient formule (5) een op zich bekende aanpassing die voor het wezen van de uitvinding echter geen verschil maaktHere, τν is the characteristic decay time of a frequency component v in the cavity and t is the time relative to the moment when the associated radiation pulse P is coupled into the cavity. All this entails that I (t) represents the pulse response in the cavity of a radiation pulse P emitted by lamp 1. Formula (5) is valid if the pulse width is much smaller than τν. If this is not the case, formula (5) deserves an adaptation known per se which, however, makes no difference to the essence of the invention

De uit de trilholte ontsnapte straling 64 die met formule 5 kan worden omschreven wordt vervolgens spectraal gedis-pergeerd door de dispergerende eenheid 58 zodat de sensor-eenheden 62i respectievelijk verschillende frequentie-componenten vi van de ontsnapte straling 64 ontvangen. De door een sensor-eenheid 62i ontvangen straling kan als volgt worden omschreven:The radiation 64 escaped from the cavity, which can be described by formula 5, is then spectrally dispersed by the dispersing unit 58 so that the sensor units 62i receive different frequency components vi of the escaped radiation 64, respectively. The radiation received by a sensor unit 62i can be described as follows:

(6)(6)

Hierin is C een constante en rVi de karakteristieke afvaltijd bij frequentie vi. Hierbij wordt opgemerkt dat vi in de praktijk zal bestaan uit een aantal frequenties die dicht bij elkaar in een smalle band van het totale spectrum B(v) zijn gelegen. In dat geval is τν± de karakteristieke afvaltijd behorende bij genoemde smalle frequentie-band. Voor het wezen van de uitvinding maakt het echter geen verschil of een frequentie component dan wel een frequentiéband wordt gemeten. Met andere woorden, het maakt geen wezenlijk verschil of de karakteristieke afvaltijd τν van een frequentie-component v of een frequentie-band v wordt gemeten. Een en ander brengt met zich mee dat voor de term frequentie-component eveneens frequentie-band kan worden gelezen.Here C is a constant and rVi is the characteristic decay time at frequency vi. It should be noted that in practice vi will consist of a number of frequencies that are located close to each other in a narrow band of the total spectrum B (v). In that case, τν ± is the characteristic decay time associated with said narrow frequency band. For the essence of the invention, however, it makes no difference whether a frequency component or a frequency band is measured. In other words, it makes no significant difference whether the characteristic decay time τν of a frequency component v or a frequency band v is measured. All this entails that a frequency band can also be read for the term frequency component.

Het door een sensor-eenheid 62i gemeten tijdsafhankelijke intensiteitsverloop I'i(t) wordt via leiding 64i de controle-eenheid 66 toegevoerd. De controle-eenheid 66 bepaalt vervolgens uit I'i(t) de karakteristieke afvaltijd -rVi. Dit kan op zich bekende wijze worden uitgevoerd door bij voorbeeld I'i(t) te bemonsteren en digitaliseren waarna met een standaard algoritme rVi kan worden bepaald. Daar het tijdsverloop van de intensiteit I'i(t) in principe een e-macht omvat (zie formule 6) kan de karakteristieke afvaltijd fVi eveneens uit twee, op verschillende tijdstippen bepaalde waarden van I'i(t) worden bepaald. Een bijzondere eigenschap van het detectie-apparaat 56 is dat met één stralingspuls P voor het gehele spectrum B(v) de karakteristieke afvaltijd τν kan worden bepaald daar alle sensor-eenheden 62i (i=l,2,3,___n) althans in hoofdzaak gelijktijdig het intensiteitsverloop i'iCt) (i=l,2,3,...n) aan de controle-eenheid 66 afgeven waarna deze de genoemde waarden van rVi kan berekenen. Indien de karakteristieke af valt ij den tVi zijn bepaald kan vervolgens, indien gewenst, aan de hand van formule 3 de absorptie S en/of reflectie-coëfficiënt R behorende bij frequentie rVi worden berekend. Daarnaast kunnen aan de hand van de karakteristieke afvaltijd τν± andere meetwaarden worden bepaald zoals hierboven besproken. Deze berekening kan uiteraard door de controle-eenheid 66 dan wel elders worden uitgevoerd. Natuurlijk is het ook mogelijk dat de gewenste meetwaarden uitsluitend en alleen de karakteristieke afvaltijden τν zijn.The time-dependent intensity variation I'i (t) measured by a sensor unit 62i is supplied to the control unit 66 via line 64i. The control unit 66 then determines the characteristic decay time -RVi from I'i (t). This can be carried out in a manner known per se, for example by sampling and digitizing I'i (t), after which rVi can be determined with a standard algorithm. Since the time course of the intensity I'i (t) basically comprises an e-power (see formula 6), the characteristic decay time fVi can also be determined from two values of I'i (t) determined at different times. A special property of the detection device 56 is that the characteristic fall-off time τν can be determined with one radiation pulse P for the entire spectrum B (v) since all sensor units 62i (i = 1,2,3, ___ n) at least substantially simultaneously deliver the intensity curve i'iCt) (i = 1, 2,3, ... n) to the control unit 66, after which it can calculate the stated values of rVi. If the characteristic falling times tVi have been determined, then, if desired, the absorption S and / or reflection coefficient R associated with frequency rVi can be calculated on the basis of formula 3. In addition, other measured values can be determined on the basis of the characteristic waste time τν ±, as discussed above. This calculation can of course be carried out by the control unit 66 or elsewhere. Of course it is also possible that the desired measured values are exclusively and only the characteristic waste times τν.

Claims

1. Detection device for determining measured values of, for example, absorptions of substances in the gas, liquid and / or solid phase, reflection properties of thin layers and substrates, as well as for monitoring dynamic and / or repetitive processes by means of absorption and / or reflection, provided with a pulsed radiation source, a vibrating cavity in which the electromagnetic radiation pulses generated by the radiation source are coupled in and in which at least part of said substances, thin layers and / or substrates are located, a sensor system which detects the radiation from the vibrating cavity and a control unit which derives the desired measured values on the basis of at least a part of the time-dependent intensity course of the radiation detected by the sensor system in the resonant cavity, characterized in that the radiation source emits pulsed radiation over a broadband region, wherein the control unit derives said measured values as a function of frequency compo nent and of the radiation pulses emitted by the radiation source.

Detection device according to claim 1, characterized in that said measured values are derived for different frequency components.

Detection device according to claim 1 or 2, characterized in that the device is further provided with interference means to which the radiation pulses generated by the radiation source are applied and which radiate a radiation pulse in at least a parameter Δ adjustable and known manner Interfere to obtain radiant pulses P (Δ) adjustable with the parameter Δ which are applied successively to the cavity of vibration and wherein the control unit detects pulse responses I (A, t) in the radiation of the cavity corresponding to the radiation pulses Ρ (Δ), Fourier transforms over the known parameter Δ for obtaining said measured values.

Detection device according to claim 3, characterized in that the control unit performs a Fourier transform over the parameter Δ for the pulse responses I (Δ, t) that are valid at the same time t following the transmission of the associated radiation pulse.

Detection device according to claim 4, characterized in that the control unit performs the Fourier transforms respectively for different times t to obtain different transformed quantities I (v, t) where -t / r I (v, t ), for example, can be written as B (v) ev where B (v) the spectral intensity distribution of the radiation source and tv represents a characteristic decay time of the pulse response I (A, t) associated with a frequency coefficient v.

Detection device according to claim 5, characterized in that the control unit determines characteristic decay times τν for different values of the frequency components v on the basis of a number of transformed quantities B valid at different times -t / r dots t, respectively. (v) e v.

Detection device according to any one of the preceding claims 3-6, characterized in that the interference means comprise a Michelson interferometer, the parameter Δ being a measure of a path length difference between arms of the interferometer.

Detection device according to any one of the preceding claims 3-7, characterized in that the control unit determines the instantaneous setting of the parameter Δ

Detection device according to any one of the preceding claims, characterized in that the vibrating cavity comprises at least two mirrors between which at least a part of the radiation emitted by the radiation source reflects.

Detection device according to claim 9, characterized in that said substance is located between or on at least one of the mirrors.

Detection device according to claim 9 or 10, characterized in that the coating and / or the substrate is located on at least one of the mirrors.

Detection device according to any one of the preceding claims 1 to 11, characterized in that the cavity transmitting means comprise in particular the mirrors themselves which are partially transparent to the radiation used, in order to emit part of the radiation from the cavity and wherein the sensor system detects at least a part of the escaped radiation for detecting the radiation in the cavity.

Detection device according to claim 1 or 2, characterized in that the vibrating cavity comprises transmitting means for releasing a part of the radiation present in the vibrating cavity, the detection device is further provided with spectral dispersing means to which radiation escaped from the vibrating cavity is supplied and the sensor system is provided with a number of spatially separated sensor units, each of which detects escaped radiation in a time-dependent manner with a specific frequency component.

Detection device according to claim 13, characterized in that the control unit processes the escaped radiation detected by a sensor unit to obtain measured values associated with the determined frequency component.

Detection device according to claim 14, characterized in that the control unit processes at least part of the time-dependent intensity curve of the radiation received by a sensor unit and escaped from the cavity associated with a radiation pulse emitted by the radiation source obtaining said measurements.

Detection device according to claim 15, characterized in that the control unit determines a characteristic decay time of the time-dependent intensity curve of the radiation received by a sensor unit and escaped from the cavity associated with a radiation pulse emitted by the radiation source. obtaining said measurements.

Detection device according to any one of the preceding claims 13-16, characterized in that the spectral dispersing means comprise a prism and / or a grating.

Detection device according to any one of the preceding claims, characterized in that a frequency component comprises a frequency interval.

19. Method for determining measured values of, for example, absorptions of substances in the gas, liquid and / or solid phase, reflection properties of thin layers and substrates, as well as for monitoring dynamic and / or repetitive processes by means of absorption and / or reflection in which electromagnetic radiation pulses are coupled in at a vibrating cavity in which at least part of the substances, thin layers and / or substrates are located, the radiation of the vibrating cavity is detected and in which at least part of the time-dependent intensity curve of the detected radiation the desired measured values are derived, characterized in that the electromagnetic radiation pulses comprise a broadband frequency spectrum and the said measured values are derived as a function of frequency components of the emitted radiation pulses.

Method according to claim 19, characterized in that said measured values are derived for different frequency components.

Method according to claim 19 or 20, characterized in that, the radiation of a radiation pulse interferes in a manner adjustable and known in at least one parameter Δ such that interfered radiation pulses P (Δ) are obtained in succession with the parameter Δ cavity are supplied and wherein pulse responses l (a, t) detected in the radiation of the cavity and corresponding to the radiation pulses Ρ (Δ), Fourier are transformed over the parameter Δ to obtain said measured values.

Method according to claim 21, characterized in that a Fourier transform over the parameter Δ is performed for the pulse responses I (A, t) that are valid at the same time t following the emission of the associated radiation pulse.

A method according to claim 22, characterized in that the Fourier transforms are respectively performed for different times t to obtain different transformed quantities I (v, t) wherein l {v, t) can be written e.g. -t / r as B {v) ev in which B (v) the spectral intensity distribution of the radiation source and τν represents a characteristic decay time of the pulse response l (a, t) associated with a frequency component v.

Method according to claim 23, characterized in that characteristic decay times τν for different values of the frequency components v are determined on the basis of a number of - / / - transformed quantities B (v) e respectively valid at different times t v.

Method according to any one of the preceding claims 21-24, characterized in that a Michelson interferometer is used to obtain radiation pulses Ρ (Δ) adjustable with the parameter Δ, the parameter Δ being a measure of an adjustable path length difference between arms of the interferometer.

A method according to claim 19 or 20, characterized in that, part of the radiation from the cavity escapes from the cavity, this escaped radiation is deflected in frequency and in which, with the aid of a number of spatially separated sensor units, each sensor unit escaping radiation is detected with at least a predetermined frequency component and wherein at least part of the time-dependent intensity curve of radiation detected by a sensor unit escaping from the cavity associated with a radiation emitted by the radiation source radiation pulse is processed to obtain said measured values.

A method according to claim 26, characterized in that a characteristic decay time is determined of the intensity course of the radiation received by a sensor unit and escaped from the cavity associated with an emitted radiation pulse for obtaining said measured values.