RU2181192C2

RU2181192C2 - Correlation spectrum analyzer of extended radiation sources

Info

Publication number: RU2181192C2
Application number: RU99126175A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Быковский; А.А. Маркилов; В.Г. Родин; С.Н. Стариков
Original assignee: Московский государственный инженерно-физический институт (технический университет)
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2002-04-10

Abstract

FIELD: optical spectrometry, spectral analysis of objects. SUBSTANCE: input mask letting radiation pass through it is employed for analysis of spectra of radiation source without procedure of scanning of source surface. Its autocorrelation signal has high degree of localization and is used as resolution element. Since Information on input mask is recorded on holographic filter. While such filter is illuminated by radiation of extended source passed through mask signal comprising localized autocorrelated signals of input mask will be formed on each length of waves included in radiation spectrum of source. This signal will present picture of spectral composition of source. EFFECT: generation of spectral composition of extended radiation source without scanning procedure. 4 dwg

Description

Изобретение относится к оптической обработке информации и может быть использовано в системах спектрального анализа объектов. The invention relates to optical information processing and can be used in systems for spectral analysis of objects.

Известно устройство, описанное в книге "Оптика", Г.С. Ландсберга (М., Наука, 1976, стр. 338), которое включает расположенные на одной оптической оси источник излучения, входную щель, объектив, призму, служащую диспергирующим элементом в данном устройстве. The device described in the book "Optics", G.S. Landsberg (M., Nauka, 1976, p. 338), which includes a radiation source located on the same optical axis, an entrance slit, a lens, a prism, which serves as a dispersing element in this device.

Известно также устройство, описанное в книге "Введение в экспериментальную спектроскопию", В. И. Малышева (М., Наука, 1979, стр.17), которое включает расположенные на одной оптической оси источник излучения, входную щель, объектив, дифракционную решетку, служащую диспергирующим элементом в данном устройстве, являющееся наиболее близким техническим решением предлагаемому изобретению, т. е. прототипом. При проведении анализа эмиссионных спектров протяженных источников излучения в таком устройстве необходима процедура сканирования по поверхности источника, что замедляет процесс анализа. Also known is the device described in the book "Introduction to Experimental Spectroscopy" by V. I. Malyshev (M., Nauka, 1979, p. 17), which includes a radiation source located on the same optical axis, an entrance slit, an objective, a diffraction grating, serving as a dispersing element in this device, which is the closest technical solution of the present invention, i.e., a prototype. When analyzing the emission spectra of extended radiation sources in such a device, a scanning procedure on the surface of the source is necessary, which slows down the analysis process.

Задачей данного изобретения является получение спектрального состава протяженного источника излучения без применения процедуры сканирования по поверхности источника. The objective of the invention is to obtain the spectral composition of an extended radiation source without using the scanning procedure on the surface of the source.

Это достигается тем, что в корреляционном спектроанализаторе протяженных источников излучения, содержащем расположенные на одной оптической оси протяженный источник излучения, входную щель, Фурье-объектив, диспергирующий элемент, входная щель выполнена в виде входной пространственной масштабно-инвариантной маски, диспергирующий элемент выполнен в виде голографического Фурье-фильтра, пространственная масштабно-инвариантная маска расположена в передней фокальной плоскости Фурье-объектива, а голографический Фурье-фильтр расположен в задней фокальной плоскости Фурье-объектива, при этом голографический Фурье-фильтр выполнен с записью информации о пространственной масштабно-инвариантной маске. This is achieved by the fact that in the correlation spectrum analyzer of extended radiation sources containing an extended radiation source located on the same optical axis, an entrance slit, a Fourier lens, a dispersing element, the entrance slit is made in the form of an input spatial scale-invariant mask, the dispersing element is made in the form of a holographic Fourier filter, spatial scale-invariant mask is located in the front focal plane of the Fourier lens, and the holographic Fourier filter is located in the rear focal plane of the Fourier lens, while the holographic Fourier filter is made with recording information about the spatial scale-invariant mask.

На чертеже представлен пример реализации корреляционного спектроанализатора протяженных источников излучения. The drawing shows an example implementation of a correlation spectrum analyzer of extended radiation sources.

Устройство содержит расположенные на одной оптической оси протяженный источник излучения 1, входную пространственную масштабно-инвариантную маску 2, расположенную в передней фокальной плоскости Фурье-объектива 3, топографический Фурье-фильтр 4, выполненный с записью информации об объекте, который используется в качестве входной маски в устройстве и расположенный в задней фокальной плоскости Фурье-объектива 3. The device contains an extended radiation source 1 located on the same optical axis, an input spatial scale-invariant mask 2 located in the front focal plane of the Fourier lens 3, a topographic Fourier filter 4, made with recording information about the object, which is used as an input mask in device and located in the rear focal plane of the Fourier lens 3.

Данное устройство работает следующим образом. This device operates as follows.

Излучение от протяженного источника 1 проходит через входную пространственную масштабно-инвариантную маску 2, расположенную в передней фокальной плоскости Фурье-объектива 3, фокусируется Фурье-объективом 3 на голографичсский Фурье-фильтр 4, расположенный в задней фокальной плоскости Фурье-объектива 3. В данном устройстве для анализа эмиссионных спектров протяженных источников излучения без процедуры сканирования по поверхности источника используется входная пространственная маска 2, пропускающая через себя излучение со всей поверхности источника. Маска 2 обладает инвариантностью к изменению масштаба и выполнена таким образом, что ее автокорреляционный сигнал имеет высокую степень локализации и используется в спектроанализаторе в качестве элемента разрешения. На фиг. 2 показан пример применяемой маски 2, на фиг. 3 приведен автокореляционный сигнал маски 2 (фиг. 2), использующийся в устройстве в качестве элемента разрешения. На голографический Фурье-фильтр 4 записывается информация об объекте, который используется в качестве входной маски 2 в устройстве. Такая запись осуществляется по схеме записи Фурье-голограммы в проходящих пучках (Кольер Р., Берхарт К., Лин Л. Оптическая голография, М., Мир, 1973, с.237). Ввиду того, что на фильтре 4 записана информация об объекте, который используется в качестве входной маски 2, при освещении такого фильтра излучением протяженного источника 1, прошедшего через входную масштабно-инвариантную маску 2, в выходной плоскости устройства будет формироваться сигнал, состоящий из локализованных автокорреляционных сигналов объекта, использующегося в качестве маски 2, на каждой из длин волн, содержащихся в спектре излучения протяженного источника. Интенсивность сигнала имеет вид:

где f(x₀, y₀) - описывает пространственные характеристики входной маски, u(λ) - описывает спектральные характеристики источника излучения. Этот сигнал, представляющий собой картину спектрального состава протяженного источника излучения, можно наблюдать после фильтра 4, например, визуально или с помощью телекамеры и компьютера, при этом разрешение устройства определяется размером корреляционного сигнала объекта, использующегося в качестве маски 2. На фиг. 4 показан сигнал, представляющий собой картину спектрального состава протяженного источника излучения, получаемый в данном устройстве при использовании в качестве источника излучения ртутной лампы.Radiation from an extended source 1 passes through an input spatial scale-invariant mask 2 located in the front focal plane of the Fourier lens 3, is focused by the Fourier lens 3 on the holographic Fourier filter 4, located in the rear focal plane of the Fourier lens 3. In this device To analyze the emission spectra of extended radiation sources without scanning on the surface of the source, an input spatial mask 2 is used, which passes radiation through itself from the entire surface ti source. Mask 2 is scale invariant and is designed in such a way that its autocorrelation signal has a high degree of localization and is used in the spectrum analyzer as a resolution element. In FIG. 2 shows an example of the applied mask 2, in FIG. 3 shows the auto-correlation signal of mask 2 (Fig. 2), which is used in the device as a resolution element. Information on an object that is used as an input mask 2 in the device is recorded on a holographic Fourier filter 4. Such recording is carried out according to the recording scheme of Fourier holograms in transmitted beams (Collier R., Berhart K., Lin L. Optical holography, M., Mir, 1973, p.237). Due to the fact that the filter 4 contains information about an object that is used as an input mask 2, when such a filter is illuminated by radiation from an extended source 1 passing through an input scale-invariant mask 2, a signal consisting of localized autocorrelation signals will be generated in the output plane of the device the signals of the object used as mask 2 at each of the wavelengths contained in the radiation spectrum of an extended source. The signal intensity has the form:

where f (x ₀ , y ₀ ) - describes the spatial characteristics of the input mask, u (λ) - describes the spectral characteristics of the radiation source. This signal, which is a picture of the spectral composition of an extended radiation source, can be observed after filter 4, for example, visually or with a camera and a computer, while the resolution of the device is determined by the size of the correlation signal of the object used as mask 2. In FIG. Figure 4 shows a signal representing a spectral composition of an extended radiation source obtained in this device when a mercury lamp is used as a radiation source.

Применение такой пространственной маски и согласованного с ней голографического Фурье-фильтра позволяет при анализе эмиссионных спектров протяженных источников излучения исключить процедуру сканирования по поверхности источника, при этом разрешение устройства по сравнению с аналогами не ухудшается. The use of such a spatial mask and a holographic Fourier filter matched with it allows one to exclude the scanning procedure over the source surface when analyzing the emission spectra of extended radiation sources, while the resolution of the device does not deteriorate in comparison with analogs.

Claims

A correlation spectrum analyzer of extended radiation sources, containing an extended radiation source located on the same optical axis, an entrance slit, a Fourier lens, a dispersing element, characterized in that the entrance slit is made in the form of an input spatial scale-invariant mask, the dispersing element is made in the form of a holographic Fourier transform filter, while the spatial scale-invariant mask is located in the front focal plane of the Fourier lens, and the holographic Fourier filter is located ene in the back focal plane of the Fourier lens, wherein the holographic Fourier filter configured to record information on the spatial scale-invariant mask.