PL86732B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób holograficznej analizy widm spektralnych i urzadzenie do holograficz¬ nej analizy widmspektralnych. .

Znane dotychczas metody porównywania widm spektralnych dwóch zródel swiatla wymagaly w wiekszos¬ ci wypadków rejestracji spektrogramów tych zródel, a nastepnie analizy tych spektrogramów w celu ustalenia róznic zarówno w rozkladach linii spektralnych, jak i ich natezenia. Rejestracji spektrogramów dokonywano dwiema metodami — fotograficzna — przy uzyciu spektrografów, wzglednie fotoelektryczna, przy uzyciu spek¬ trofotometrów z rejestratorami.

Metoda rejestracji fotograficznej, zwlaszcza w przypadku' porównywania widm spektralnych dwóch róznych zródel swiatla jest bardzo trudna w realizacji i ogromnie pracochlonna. Wymaga óna wieloktrotnego wykonania spektrogramów w celu ustalenia wlasciwego czasu naswietlania plyty przy danym zródle swiatla, dlugich czasów ekspozycji przy slabych zródlach swiatla i liniach o slabej intensywnosci (z uwagi na koniecz¬ nosc stosowania waskiej szczeliny), oraz pracochlonnej analizy w celu ustalenia róznic miedzy spektrogramami.

Ponadto na spektrogramach wystepuje tlo, pochodzace od promieniowania ciaglego, które w znacznym stopniu utrudnia wykrywanie slabych linii spektralnych.

W chwili obecnej powszechnie stosuje sie metody fotoelektryczne. Uzywa sie w tym celu urzadzen zwanych spektrofotometrami. Urzadzenia te sa bardzo skomplikowane i drogie oraz wymagaja doskonalej konserwacji. Ponadto dla dokladnego porównania widm pochodzacych z dwóch róznych zródel konieczna jest analiza spektrogramów wykonanych dla kazdego z tych zródel oddzielnie. Istnieja wprawdzie spektrometry do bezposredniego porównywania dwóch zródel swiatla, jednakze sa to urzadzenia konstruowane specjalnie dla okreslonego rozkladu spektralnego zródla swiatla i niemozliwe jest wykrycie róznic miedzy dwoma widmami spektralnymi, a co najwyzej ustalenie ich zgodnosci. Ponadto w spektrofotometrach, tak samo jak i w spektrogra¬ fach wystepuje tlo, pochodzace od promieniowania ciaglego, które w znacznym stopniu utrudnia wykrywanie slabych linii spektralnych.2 86 732 Celem wynalazku jest opracowanie sposobu holograficznej analizy widm spektralnych, pochodzacych od dwóch zródel swiatla który nie posiadalby wad i niedogodnosci znanych dotychczas sposobów oraz opracowa¬ nie urzadzenia do stosowania tego sposobu. Cel ten zostal osiagniety w oparciu o metode holograficzna spektroskopii Fouriera. Zgodnie z wynalazkiem sposób holograficznej analizy widm spektralnych pochodzacych z dwóch zródel swiatla polega na tym, ze równoczesnie lub sukcesywnie rejestruje sie na wyjsciu z interferome¬ tru, za pomoca detektora swiatloczulego, przesuniete w fazie o 180° interferogramy tych zródel swiatla, przy czym wiazki swiatla pochodzace od tych samych zródel przechodza ta sama droga w interferometrze.

W urzadzeniu do stosowania sposobu wedlug wynalazku w charakterze detektora swiatloczulego zastoso¬ wano plyte fotograficzna lub inny material swiatloczuly o podobnym dzialaniu.

W urzadzeniu do holograficznego porównywania widm spektralnych przed interferometrem znajduje sie monochromator wydzielajacy okreslony przedzial spektralny widma oraz wyposazone jest ono w uklad do oslabienia natezenia jednej z wiazek swietlnych. Uklad ten sklada sie z detektora, urzadzenia sterujacego oraz oslabiacza. W urzadzeniu tym zastosowany jest interferometr polaryzacyjny, a za zródlami swiatla umieszczone sa polaryzatory o prostopadlych kierunkach polaryzacji, które to kierunki polaryzacji sa odpowiednio równole¬ gle lub prostopadle do kierunku polaryzatora na wyjsciu interferometru.

W urzadzeniu do holograficznego odejmowania i porównywania widm spektralnych zastosowano interfero¬ metr polaryzacyjny z rzeczywista plaszczyzna lokalizacji prazków interferencyjnych oraz uklad do zmiany plaszczyzny lokalizacji tych prazków.

Metoda holograficznej spektroskopii Fouriera polega na zapisie na plycie fotograficznej interferogramu badanego zródla swiatla, który zostal, uzyskany w interferometrze o znanych parametrach, a nastepnie na oswietleniu wywolanej i utrwalonej plyty fotograficznej z zarejestrowanym na niej interferogramem wiazka swiatla monochromatycznego, najlepiej laserowego o znanej dlugosci fali.

Zarejestrowany interferogram jest zbiorem siatek dyfrakcyjnych o róznej czestosci, z których kazda odpowiada okreslonej linii spektralnej widm. Przy oswietleniu swiatlem monochromatycznym na kazdej z siatek wystepuje ugiecie i jesli przed lub za plyta fotograficzna umieszczona zostanie soczewka skupiajaca, to w jej plaszczyznie ogniskowej kazda zwiazek ugietych da wlasne ognisko. Odleglosc tego ogniska od ogniska wlasciwego wyraza sie wzorem: I IX = f -XL •v\ (1) gdzief — ognisowa soczewki, XL —dlugosc swiatla odtwarzajacego, v\ — czestosc siatki, na której nastapilo ugiecie. Znajac parametry interferometru i,wyliczajac i*\ wzoru 1 mozna bardzo prosto wyznaczyc dlugosc fali linii spektralnej wystepujacej w badanym widmie. Co wiecej ciagle tlo nie odtwarza sie wraz z liniami spektralnymi.

Zgodnie z wynalazkiem do analizy widm spektralnych pochodzacych z dwóch zródel swiatla wykorzystuje sie metode holograficznej spektroskopii Fouriera, rejestrujac na plycie fotograficznej, lub w inny sposób, interferogramy pochodzace od dwóch zródel swiatla, uzyskane w tym samym interferometrze, przy czym interferogramy te sa przesuniete w fazie o 180°. Poniewaz rozklad intensywnosci swiatla I (6) w interferogramie powstajacym w plaszczyznie lokalizacji prazków interferometru dwuwiazkowego dla dlugosci fali X0 jest postaci: l(5) = l0(1 +cos27ra05) (2) gdzie: 5 — róznica drogi optycznej w interferometrze, o0 = >1 — liczba falowa, l0 — intensywnosc swiatla o dlugosci fali X0 na wejsciu interferometru. Wprowadzenie do interferometru wiazki o tej samej dlugosci fali Xq i intensywnosci l0 pochodzacej z drugiego zródla, przesunietej w fazie o 180°, spowoduje zmiane znaku przy cosinusie we wzorze (2). Zatem po nalozeniu sie interferogramów uzyska sie jednolite natezenie swiatla i prazki interferencyjne znikna. W takim przypadku dana dlugosc fali nie wystapi w procesie rekonstrukcji. Jesli dla tej samej dlugosci fali wystepuja róznice intensywnosci swiecenia w zródlach, wówczas zarejestruje sie i moze byc odtworzona, róznica intensywnosci. Natomiast zanik prazków interferncyjnych dla danej dlugosci fali na wyjsciu z interferometru, przy równoczesnym oswietleniu wejscia interferometru dwoma zródlami swiatla, przy czym interferogram jednego z nich jest przesuniety w fazie o 180° w stosunku do drugiego, swiadczy o jednakowej intensywnosci tych zródel. W ten sposób istnieje mozliwosc odejmowania widm spektralnych oraz ich porównywaniu, przez oslabienie jednego zródla i powodowanie zaniku prazków interferencyjnych. Analize otrzymanego widma przeprowadza sie korzystajac z zaleznosci (1) i znanych parametrów interferometru oraz z pomiarów intensywnosci poszczególnych linii.

Do realizacji urzadzenia, w którym mozna równoczesnie lub sukcesywnie rejestrowac interferogramy dla dwóch zródel swiatla przesuniete w fazie o 180°, wykorzystano zgodnie z wynalazkiem interferometr polaryza-86 732 3 cyjny. Interferometr polaryzacyjny umozliwia zmiane fazy o 180° interferogramu uzyskanego na wyjsciu, przez zmiane o 90° plaszczyzny polaryzacji wiazki wchodzacej do interferometru. Wystarczy zatem aby swiatlo ' pochodzace z dwóch zródel mialo wzajemne prostopadle kierunki polaryzacji aby na wyjsciu interferometru uzyskac interferogramy przesuniete w fazie o 180°.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia uklad do analizy widm spektralnych, fig. 2 — inny przyklad wykonania ukladu do analizy widm spektral¬ nych.

W sklad ukladu do analizy widm spektralnych pochodzacych z dwóch zródel swiatla zgodnie zfig.1 wchodza dwa zródla swiatla 1 i 2, umieszczone za nimi polaryzatory 3 i 4 o wzajemnie prostopadlych kierunkach polaryzacji oraz kostka swiatlodzielaca 5 laczaca wiazki swiatla wychodzace z obu zródel. Dalej w ukladzie znajduje sie uklad formujacy, zlozony z dwóch soczewek 6 i 7 oraz ustawionej miedzy nimi przyslony 8. Za ukladem formujacym umieszczony jest element dwójlomny 9, a nastepnie polaryzator 10, którego plaszczyzna polaryzacji jest równolegla lub prostopadla do polaryzatorów 3 i 4. Element dwójlomny 9 dobrany jest w ten sposób, ze wespól z kazdym z polaryzatorów znajdujacych sie przed nim oraz polaryzatora 10 tworzy dwa interferometry polaryzacyjne, których plaszczyzna lokalizacji prazków jest polozona za polaryzato- rem 10 i mozna w niej umiescic plyte fotograficzna 11 lub material o podobnym dzialaniu.

Poniewaz jeden z interferometrów polaryzacyjnych pracuje przy równoleglych, drugi zas przy skrzyzowa¬ nych polaryzatorach, interferogram dla jednego ze zródel swiatla jest przesuniety o 180° w stosunku do interferogramu dla drugiego ze zródel a zatem czarny zerowy prazek z jednego bedzie sie pokrywal z jasnym, zerowym prazkiem drugiego interferogramu. W rezultacie zarejestruje sie róznice intensywnosci tych interferogra- mów, a odtworzone widmo spektralne bedzie róznica intensywnosci tych zródel.

Uklad przedstawiony na fig. 2 jest modyfikacja ukladu poprzedniego i moze sluzyc do bezposredniego porównywania widm spektralnych pochodzacych z dwóch zródel swiatla bez potrzeby odtwarzania widm spektralnych. W tym celu poprzednio omawiany uklad (fig. 1) zostal wyposazony w szereg dodatkowych elementów, a mianowicie oslabiacze 12, 13, ustawione odpowiednio pomiedzy zródla swiatla 1 i 2 a polaryzatoiy 3 i 4, urzadzenie 14 sterujace oslabiaczem 13 czytnik 15, monochromator 16 oraz detektor 17.

W ukladzie tym istnieje mozliwosc oslabiania wiazek swietlnych wychodzacych ze zródel 1,2, za pomoca oslabiaczy 12, 13 oraz wyboru okreslonych linii soektralnych za pomoca monochromatora 16. Detektor 17 wykrywa obecnosc prazków interferencyjnych na wyjsciu interferometru polaryzacyjnego i steruje za pomoca urzadzenia 14 oslabiaczem 13, doprowadzajac go do polozenia, w którym prazki znikaja. Polozenie to jest rejestrowane na czytniku 15, sprzezonym równoczesnie z monochromatorem 16. Tak wiec, ustalajac dla okreslonej dlugosci fali, wybranej za pomoca monochromatora 16, moment zaniku prazków interferencyjnych przy okreslonym polozeniu oslabiacza 13, mozna dokladnie okreslic stosunek intensywnosci swiatla pochodza¬ cego z dwóch zródel swiatla 1 i 2. Oslabiacz 12 sluzy do zerowania ukladu.

Claims (3)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób holograficznej analizy widm spektralnych pochodzacych z dwóch zródel swiatla, przy wyko¬ rzystaniu metody holograficznej spektroskopii Fouriera, znamienny tym, ze równoczesnie lub sukcesyw¬ nie rejestruje sie na wyjsciu interferometru za pomoca detektora swiatloczulego, przesuniete w fazie o 180° interferogramy tych zródel swiatla, przy czym wiazki swiatla pochodzace od tych zródel przechodza ta sama droge w interferometrze.

2. Urzadzenie do holograficznej analizy widm spektralnych pochodzacych z dwóch zródel swiatla przy wykorzystaniu metody holograficznej spektroskopii Fouriera skladajace sie z dwóch porównywanych zródel _ swiatla oraz ukladu formujacego wiazke, znamienne tym, ze zawiera element swiatlodzielacy (5),' polaryzatory (3, 4) umieszczone za zródlami swiatla (1, 2), zas na wyjsciu ukladu znajduje sie polaryzator (10), którego plaszczyzna polaryzacji jest równolegla badz prostopadla do plaszczyzny polaryzacji polaryzatorów (3, 4) przy czym pary polaryzatorów (3 i 10) oraz (4 i 10) wraz z elementem dwójlomnym (9) tworza interferometry polaryzacyjne, których plaszczyzna lokalizacji prazków interferencyjnych znajduje sie za polaryzatorem (10) i w niej umieszczony jest detektor swiatloczuly (11) w postaci plyty fotograficznej lub materialu o podobnym dzialaniu.

3. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze za ukladem elementów (6,7,8) formujacym wiaz¬ ke znajduje sie monochromator (16) wydzielajacy okreslony przedzial spektralny widma, a za zródlem swiatla (1) oslabiacz (12) do wstepnego justowania ukladu przy czym urzadzenie wyposazone jest w uklad do oslabiania natezenia jednej z wiazek swietlnych, w sklad którego wchodzi detektor fotoelektryczny (17), urzadzenie steru¬ jace (14) oraz oslabiacz (13), którego aktualne polozenie oraz polozenie monochromatora wskazywane jest na wskazniku (15).86 732 figJ fig.2. Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120+18 Cena 10 zl