RU2420717C2 - Double-beam optical compensated fourier spectrometre - Google Patents
Double-beam optical compensated fourier spectrometre Download PDFInfo
- Publication number
- RU2420717C2 RU2420717C2 RU2009124818/28A RU2009124818A RU2420717C2 RU 2420717 C2 RU2420717 C2 RU 2420717C2 RU 2009124818/28 A RU2009124818/28 A RU 2009124818/28A RU 2009124818 A RU2009124818 A RU 2009124818A RU 2420717 C2 RU2420717 C2 RU 2420717C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- interferometer
- fiber optic
- source
- radiation source
- Prior art date
Links
Landscapes
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Область примененияApplication area
Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению и может быть использовано в метрологии, а также для исследования неоднородных и находящихся в нестационарном состоянии объектов.The invention relates to optical spectral instrument engineering and can be used in metrology, as well as for the study of heterogeneous and unsteady objects.
Уровень техникиState of the art
Спектральные измерения обычно включают измерение двух спектров: образца и эталона. Измерение эталона требует точного измерения спектрального отклика спектрометра. В самом простом случае применяется "однолучевой метод". Спектр образца регистрируется после регистрации спектра эталона. Спектр пропускания образца, в котором устранены все характеристики отклика спектрометра, получают делением спектра образца на спектр эталона. Однолучевой метод имеет внутренне присущие ему недостатки, обусловленные дрейфом и нестабильностью всех элементов, включенных в процесс измерения: дрейфом интенсивности источника излучения, нестабильностью интерферометра, нестабильностью сопряженной оптики, в частности оптоволоконных зондов, погрешностями приемника излучения, АЦП и т.д. Кроме того, на погрешность результатов измерений сильно влияет окружающая среда (температура, влажность, вибрации, акустика, электромагнитный фон и прочее). Поэтому желательно уменьшать время между измерениями образца и эталона или, если возможно, исключить этот временной интервал полностью. Одной из существенных особенностей интерферометров, применяемых в Фурье-спектрометрах является то, что входящий в него пучок излучения делится на два. В общем случае, если в интерферометре в качестве отражателей применяются плоские зеркала, то один из этих пучков возвращается к источнику излучения, пространственно накладывается на входящий пучок, и таким образом не доступен для спектральных измерений. В этом случае только один пучок доступен для измерения спектра. Если на его пути поместить образец, а далее приемник излучения, то можно зарегистрировать интерферогамму, из которой с помощью математической обработки можно получить спектр. Сигнал интерферограммы, который возвращается к источнику, в идеальном случае точно сопряжен с сигналом интерферограммы, выходящим из другого порта интерферометра, таким образом, что когда один сигнал имеет положительное значение, то другой имеет отрицательное значение такой же величины. Эта особенность интерферометра очень привлекательна для создания двулучевого оптически компенсированного Фурье-спектрометра. Если один из пучков направить на референтный эталон (канал сравнения), а второй на исследуемый образец, то разностный сигнал позволяет измерить непосредственно спектральные отличия образца от референтного эталона. Это происходит, потому что две интерферограммы точно компенсируют друг друга за исключением малой разницы, относящейся к спектральным отличиям образца от референтного эталона. Ранее предпринимались многочисленные попытки создания такого двулучевого оптически компенсированного Фурье-спектрометра. Первоначально, для того чтобы разделить входящий в интерферометр луч и луч, возвращающийся из интерферометра, производили небольшую разъюстировку плоского зеркала интерферометра [1-2]. Так как разъюстировка не могла быть стабильной, то две интерферограммы не могли компенсироваться в полной мере и сохраняться неизменной во времени. Появление в начале 80-х годов прошлого века уголковых отражателей достаточной точности для применения в интерферометрах Фурье-спектрометров дали новый импульс возобновить попытки развития двулучевых оптически компенсированных Фурье-спектрометров [3]. Интерферометр с уголковыми отражателями позволяет пространственно разделить входящий луч и луч, возвращающийся к источнику. Таким образом, лучи, которые попадают на нижнюю часть уголкового отражателя, выходят из верхней его части и наоборот. Если излучение входит в нижнюю часть интерферометра, то оба пучка, выходящие из интерферометра, идут из верхней его половины, и могут быть оба использованы для спектроскопических измерений. Такая конфигурация обеспечивает две пространственно разнесенные интерферограммы на выходах интерферометра. Одна интерферограмма может пройти через образец, а другая через референтный эталон. Две интерферограммы будут сдвинуты на 180° друг относительно друга, и если их правильно совместить, то можно полностью исключить большой сигнал фона, оставляя только малый сигнал образца. Однако и эти попытки не были реализованы в полной мере. Проблема заключалась в невозможности наложить два луча друг на друга с достаточно точностью. Но не только попытки оптически совместить пучки были неудачны, но и попытки совместить электрические сигналы, идущие от двух разных детекторов, также имели только ограниченный успех.Spectral measurements usually include the measurement of two spectra: the sample and the standard. The measurement of the standard requires accurate measurement of the spectral response of the spectrometer. In the simplest case, the "single-beam method" is used. The spectrum of the sample is recorded after registration of the spectrum of the standard. The transmission spectrum of the sample, in which all the characteristics of the response of the spectrometer are eliminated, is obtained by dividing the spectrum of the sample by the spectrum of the standard. The single-beam method has inherent disadvantages caused by the drift and instability of all elements included in the measurement process: the drift of the radiation source intensity, the instability of the interferometer, the instability of conjugate optics, in particular fiber optic probes, the errors of the radiation receiver, ADC, etc. In addition, the error of the measurement results is strongly influenced by the environment (temperature, humidity, vibration, acoustics, electromagnetic background, etc.). Therefore, it is desirable to reduce the time between measurements of the sample and the reference or, if possible, to completely eliminate this time interval. One of the essential features of the interferometers used in Fourier spectrometers is that the radiation beam entering it is divided into two. In the general case, if flat mirrors are used as reflectors in the interferometer, then one of these beams returns to the radiation source, is spatially superimposed on the incoming beam, and thus is not available for spectral measurements. In this case, only one beam is available for measuring the spectrum. If a sample is placed in its path, and then a radiation receiver, then it is possible to register an interferogram, from which a spectrum can be obtained by mathematical processing. The interferogram signal that returns to the source is ideally matched to the interferogram signal coming from another port of the interferometer, so that when one signal has a positive value, the other has a negative value of the same magnitude. This feature of the interferometer is very attractive for creating a two-beam optically compensated Fourier spectrometer. If one of the beams is directed to the reference standard (comparison channel), and the second to the sample under study, then the difference signal allows you to directly measure the spectral differences of the sample from the reference standard. This happens because the two interferograms exactly cancel each other out, with the exception of a small difference related to the spectral differences of the sample from the reference standard. Earlier, numerous attempts were made to create such a two-beam optically compensated Fourier spectrometer. Initially, in order to separate the ray entering the interferometer and the ray returning from the interferometer, a small misalignment of the plane mirror of the interferometer was performed [1-2]. Since the misalignment could not be stable, the two interferograms could not be fully compensated and remained unchanged in time. The appearance of angular reflectors of sufficient accuracy for use in Fourier spectrometer interferometers in the early 80s of the last century gave a new impetus to renew attempts to develop double-beam optically compensated Fourier spectrometers [3]. An interferometer with corner reflectors allows you to spatially separate the incoming beam and the beam returning to the source. Thus, the rays that fall on the lower part of the corner reflector come out of its upper part and vice versa. If the radiation enters the lower part of the interferometer, then both beams emerging from the interferometer come from its upper half, and can both be used for spectroscopic measurements. This configuration provides two spatially separated interferograms at the outputs of the interferometer. One interferogram can pass through the sample, and the other through the reference standard. Two interferograms will be shifted 180 ° relative to each other, and if they are correctly combined, then a large background signal can be completely eliminated, leaving only a small sample signal. However, these attempts were not fully realized. The problem was the inability to superimpose two beams on top of each other with sufficient accuracy. But not only attempts to optically combine the beams were unsuccessful, but also attempts to combine the electrical signals coming from two different detectors also had only limited success.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является техническое решение, предложенное в [4] (прототип). Сущность этого технического решения базируется на том факте, что интерферометр с уголковыми отражателями позволяет не только пространственно разделить входящий луч и луч, возвращающийся к источнику, но и организовать вход второго пучка в интерферометр. Во всех предыдущих технических решениях использовались два выхода интерферометра при одном входе, один из выходящих пучков направлялся на референтный эталон, а второй на образец, и далее оба пучка собирались на один приемник или на два приемника, и далее суммировались электрические сигналы. В прототипе используются два входа интерферометра, но таким образом, что излучение на них подается от одного источника излучения, даже больше того, с одной и той же его излучающей площадки. При этом используется и тот факт, что интерферограммы, сформированные из разных входов и идущие из одного выхода, также являются сопряженными и имеют также возможность компенсировать общие спектральные особенности образца и референтного эталона. Однако громоздкое устройство формирования двух пучков от одного источника с многочисленными объемными оптическими элементами не обеспечивает в полной мере ни совмещения пучков на приемной площадке детектора, ни возможности сохранять неизменным во времени полученное совмещение. Кроме того, прототип не позволяет использовать дополнительные возможности, которые открывает интерферометр с уголковыми отражателями.The closest in technical essence to the claimed technical solution is the technical solution proposed in [4] (prototype). The essence of this technical solution is based on the fact that the interferometer with corner reflectors allows not only to spatially separate the incoming beam and the beam returning to the source, but also to organize the entrance of the second beam to the interferometer. In all previous technical solutions, two outputs of the interferometer were used at one input, one of the output beams was directed to a reference standard, and the second to a sample, and then both beams were collected on one receiver or two receivers, and then the electrical signals were summed. The prototype uses two inputs of the interferometer, but in such a way that the radiation is supplied to them from one radiation source, even more than that, from the same radiating site. In this case, the fact is used that interferograms formed from different inputs and coming from one output are also conjugate and also have the ability to compensate for the general spectral features of the sample and the reference standard. However, the bulky device for the formation of two beams from one source with numerous volumetric optical elements does not fully ensure the combination of beams at the receiving site of the detector, nor the ability to maintain the resulting combination unchanged in time. In addition, the prototype does not allow you to use the additional features that opens an interferometer with corner reflectors.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности, чувствительности и производительности измерений.The technical result of the claimed invention is to improve the accuracy, sensitivity and performance of measurements.
Реализация изобретенияThe implementation of the invention
Заявленный технический результат достигается за счет того, что двулучевой оптически компенсированный Фурье-спектрометр, содержащий источник излучения, конденсоры, оптоволоконные вводы, оптоволоконные зонды, оптоволоконные кабели, коллиматоры, светоделитель, неподвижный рефлектор, подвижный рефлектор, приемник излучения, согласно изобретению содержит источник абсолютно черного тела, оптически связанный с дополнительным конденсором и дополнительным оптоволоконным вводом, а также оптически связанный с одним из двух коллиматоров.The claimed technical result is achieved due to the fact that a two-beam optically compensated Fourier spectrometer containing a radiation source, capacitors, fiber optic inputs, fiber optic probes, fiber optic cables, collimators, a beam splitter, a fixed reflector, a movable reflector, a radiation receiver, according to the invention, contains a source of completely black body optically coupled to an additional capacitor and an additional fiber optic input, as well as optically coupled to one of two collimators.
Источник абсолютно черного тела введен в конструкцию с целью повышения точности, чувствительности и производительности измерений.The source of a black body was introduced into the design in order to increase the accuracy, sensitivity and performance of measurements.
С той же целью в конструкцию может быть введен второй приемник излучения, оптически связанный со светоделителем и расположенный с противоположной его стороны по отношению к первому приемнику.For the same purpose, a second radiation receiver can be introduced into the design, optically coupled to the beam splitter and located on its opposite side with respect to the first receiver.
Два входа интерферометра позволяют формировать четыре интерферограммы, две в одном выходе и две в другом. Причем в каждом выходе интерферограммы -сопряженные. В такой конфигурации можно проводить не только измерение спектральных особенностей образца в сравнении с референтным эталоном, но и проводить абсолютную калибровку интенсивности источника излучения, измерение относительных характеристик спектральных откликов приемников, сравнительные измерения всевозможных оптических устройств, в том числе и оптоволоконных. Если на один вход направить излучение от источника абсолютно черного тела с известной температурой, а на второй направить излучение от испытуемого источника излучения, то можно провести абсолютную калибровку интенсивности данного источника излучения.Two interferometer inputs allow you to create four interferograms, two in one output and two in the other. Moreover, in each output interferograms are conjugated. In this configuration, it is possible not only to measure the spectral characteristics of the sample in comparison with the reference standard, but also to conduct absolute calibration of the intensity of the radiation source, measure the relative characteristics of the spectral responses of the receivers, and make comparative measurements of all kinds of optical devices, including fiber-optic ones. If we direct radiation from a source of an absolutely black body with a known temperature to one input, and direct radiation from a test radiation source to the second, then we can conduct an absolute calibration of the intensity of this radiation source.
Далее, если в один из выходов установить приемник с известным спектральным откликом, а во второй - испытуемый приемник, а излучение на оба входа подать от одного источника излучения, с помощью, например, оптоволоконного устройства можно получить спектральный отклик испытуемого приемника. Также можно направить излучение от одного источника с одной и той же его площадки, как в прототипе, но не через громоздкие объемные элементы, а через оптоволоконные зонды. Один из зондов взаимодействует с исследуемым веществом, а второй с эталонным. Выходы этих зондов подводятся к двум разным входам двухлучевого интерферометра, обозначенных на чертеже как источник излучения 1 (у интерферометра - два входа и два выхода), и с помощью зеркал (сферических или параболических) в виде коллимированных пучков направляются в интерферометр. После интерферометра пучки направляются на два приемника, каждый из которых регистрирует две оптически компенсированных интерферограммы.Further, if you install a receiver with a known spectral response in one of the outputs, and a test receiver in the second, and apply radiation to both inputs from one radiation source, for example, using a fiber-optic device, you can obtain the spectral response of the tested receiver. It is also possible to direct radiation from one source from one of its sites, as in the prototype, but not through bulky volume elements, but through fiber optic probes. One of the probes interacts with the test substance, and the second with the reference. The outputs of these probes are fed to two different inputs of a two-beam interferometer, indicated in the drawing as radiation source 1 (the interferometer has two inputs and two outputs), and are sent to the interferometer using mirrors (spherical or parabolic) in the form of collimated beams. After the interferometer, the beams are directed to two receivers, each of which registers two optically compensated interferograms.
Таким же образом можно проводить разностные измерения, которые могут быть важны для обнаружения слабых спектральных отличий в присутствии интенсивных фоновых компонент излучения. Интерферометрические сигналы из двух выходных портов являются сопряженными, и могут быть вычтены, удваивая промодулированные компоненты интерферограммы, в то время как, в принципе, исключается любой общий шум измерения. С другой стороны, по желанию, можно два выходных порта оборудовать таким образом, чтобы наблюдать одновременно два разных спектральных диапазона, установив разные детекторы, один на одну спектральную область, а второй - на другую.In the same way, difference measurements can be made, which may be important for detecting weak spectral differences in the presence of intense background radiation components. Interferometric signals from the two output ports are conjugate, and can be subtracted by doubling the modulated components of the interferogram, while, in principle, any common measurement noise is eliminated. On the other hand, if desired, two output ports can be equipped in such a way as to simultaneously observe two different spectral ranges by installing different detectors, one on one spectral region and the other on the other.
Если на таком двулучевом спектрометре измерить характеристики пропускания элементов спектрометра и сопряженной с ним оптики, а также спектральный отклик приемника и спектр излучения источника, тогда можно установить эти устройства на однолучевой спектрометр и пользоваться системой как абсолютным спектрометром для измерения излучения источника или спектрального отклика приемника соответственно.If you measure the transmission characteristics of the elements of the spectrometer and its associated optics on such a two-beam spectrometer, as well as the spectral response of the receiver and the emission spectrum of the source, then you can install these devices on a single-beam spectrometer and use the system as an absolute spectrometer to measure the radiation of the source or spectral response of the receiver, respectively.
Дополнительно, в предлагаемом техническом решении, вместо дорогостоящих уголковых отражателей использованы отражатели типа крыши, которые обладают теми же возможностями, что и уголковые, но стоят существенно меньше, а технология их более доступна в условиях Российского производства. Подобные интерферометры описаны в [5].Additionally, in the proposed technical solution, instead of expensive corner reflectors, roof type reflectors are used, which have the same capabilities as corner ones, but cost significantly less, and their technology is more accessible in Russian production conditions. Similar interferometers are described in [5].
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
На чертеже показана схема двулучевого оптически компенсированного Фурье-спектрометра. Спектрометр содержит источник 1 излучения, источник 2 излучения абсолютно черного тела, конденсоры 3, 4 и 5, оптоволоконные вводы 6, 7, 8, 9 и 10, оптоволоконные зонды 11 и 12, оптоволоконные кабели 13 и 14, коллиматоры 15, 16, 17 и 18, двулучевой интерферометр, состоящий из светоделителя 19, неподвижного рефлектора 20 и подвижного рефлектора 21, приемников излучения 22 и 23. Двулучевой оптически компенсированный Фурье-спектрометр работает следующим образом.The drawing shows a diagram of a two-beam optically compensated Fourier spectrometer. The spectrometer contains a radiation source 1, an absolutely black body radiation source 2, capacitors 3, 4 and 5, fiber optic inputs 6, 7, 8, 9 and 10, fiber optic probes 11 and 12, fiber optic cables 13 and 14, collimators 15, 16, 17 and 18, a two-beam interferometer consisting of a beam splitter 19, a stationary reflector 20 and a movable reflector 21, radiation receivers 22 and 23. A two-beam optically compensated Fourier spectrometer operates as follows.
Первый режим работы. Излучение от источника 1 излучения формируется и направляется с помощью конденсоров 3 и 4 на оптоволоконные разъемы 6 и 7 соответственно. Далее излучение поступает на входы двух идентичных сменных оптоволоконных зондов 11 и 12, работающих на пропускание, отражение, нарушенное полное отражение, работающих с газовой кюветой и т.д. Один из зондов тестирует референтный образец, а второй - измеряемый образец. Выходы оптоволоконных зондов подключаются к вводам 9 и 10 соответственно, излучение из которых попадает на коллиматоры 15 и 16 соответственно и далее в виде двух коллимированных пучков поступает на светоделитель 19 интерферометра, где каждый из них делится по интенсивности на два пучка. После светоделителя 19 излучение отражается подвижным и неподвижным рефлекторами 20 и 21, и выходит из интерферометра с обеих его сторон и смещенным относительно входящих пучков. Таким образом, с обоих выходов интерферометра выходят по два коллимированных пучка, которые формируют четыре интерферограммы, две в одном выходе и две в другом. Причем в каждом выходе интерферограммы - сопряженные, то есть когда один сигнал имеет положительное значение, то другой имеет отрицательное значение такой же величины. Пучки попарно в каждом выходе интерферометра накладываются друг на друга, компенсируют друг друга за исключением малой разницы, относящейся к спектральным отличиям образца от референтного эталона. Далее излучение с помощью коллиматоров 17 и 18 направляется соответственно на приемники 22 и 23, которые регистрируют две оптически компенсированных интерферограммы, после математической обработки получают два спектра, содержащие спектральные отличия образца от референтного эталона.The first mode of operation. The radiation from the radiation source 1 is formed and sent using capacitors 3 and 4 to the fiber optic connectors 6 and 7, respectively. Next, the radiation enters the inputs of two identical interchangeable fiber-optic probes 11 and 12, working for transmission, reflection, impaired total reflection, working with a gas cell, etc. One of the probes is testing a reference sample, and the second is a measured sample. The outputs of the fiber optic probes are connected to the inputs 9 and 10, respectively, the radiation from which goes to the collimators 15 and 16, respectively, and then in the form of two collimated beams enters the beam splitter 19 of the interferometer, where each of them is divided in intensity into two beams. After the beam splitter 19, the radiation is reflected by the movable and stationary reflectors 20 and 21, and leaves the interferometer from both sides and offset from the incoming beams. Thus, two collimated beams emerge from both outputs of the interferometer, which form four interferograms, two in one output and two in the other. Moreover, in each output interferograms are conjugated, that is, when one signal has a positive value, the other has a negative value of the same magnitude. Beams in pairs at each output of the interferometer are superimposed on each other, cancel each other with the exception of a small difference relating to the spectral differences of the sample from the reference standard. Next, the radiation with the help of collimators 17 and 18 is directed respectively to the receivers 22 and 23, which record two optically compensated interferograms, after mathematical processing two spectra are obtained containing the spectral differences of the sample from the reference standard.
Второй режим работы. На место источника 1 излучения устанавливается тестируемый источник. Излучение от тестируемого источника 1 излучения формируется и направляется с помощью конденсора 3 на оптоволоконный ввод 6. Далее излучение поступает на вход оптоволоконного кабеля 13. Излучение от источника абсолютно черного тела 2 излучения формируется и направляется с помощью конденсора 5 на оптоволоконный разъем 8.The second mode of operation. In place of the radiation source 1, a test source is installed. The radiation from the test radiation source 1 is generated and sent using a capacitor 3 to the fiber optic input 6. Next, the radiation is supplied to the input of the fiber optic cable 13. The radiation from the source of the absolutely black radiation body 2 is formed and sent using the capacitor 5 to the fiber optic connector 8.
Далее излучение поступает на вход оптоволоконного кабеля 14. Выходы оптоволоконных зондов подключаются к вводам 9 и 10 соответственно, излучение из которых попадает на коллиматоры 15 и 16 соответственно и далее в виде двух коллимированных пучков поступает на светоделитель 19 интерферометра, где каждый из них делится по интенсивности на два пучка. После светоделителя 19 излучение отражается подвижным и неподвижным рефлекторами 20 и 21, и выходит из интерферометра с обеих его сторон и смещенным относительно входящих пучков. Таким образом, с обоих выходов интерферометра выходят по два коллимированных пучка, которые формируют четыре интерферограммы, две в одном выходе и две в другом. Причем в каждом выходе интерферограммы - сопряженные, то есть когда один сигнал имеет положительное значение, то другой имеет отрицательное значение такой же величины. Пучки попарно в каждом выходе интерферометра накладываются друг на друга, компенсируют друг друга за исключением малой разницы, относящейся к спектральным отличиям образца от референтного эталона. Далее излучение с помощью коллиматоров 17 и 18 направляются соответственно на приемники 22 и 23, после математической обработки получают два спектра, содержащие спектральные отличия тестируемого источника излучения от источника абсолютно черного тела 2 излучения.Next, the radiation enters the input of the fiber optic cable 14. The outputs of the fiber optic probes are connected to the inputs 9 and 10, respectively, the radiation from which falls on the collimators 15 and 16, respectively, and then in the form of two collimated beams enters the beam splitter 19 of the interferometer, where each of them is divided by intensity into two beams. After the beam splitter 19, the radiation is reflected by the movable and stationary reflectors 20 and 21, and leaves the interferometer from both sides and offset from the incoming beams. Thus, two collimated beams emerge from both outputs of the interferometer, which form four interferograms, two in one output and two in the other. Moreover, in each output interferograms are conjugated, that is, when one signal has a positive value, the other has a negative value of the same magnitude. Beams in pairs at each output of the interferometer are superimposed on each other, cancel each other with the exception of a small difference relating to the spectral differences of the sample from the reference standard. Next, the radiation using the collimators 17 and 18 are sent respectively to the receivers 22 and 23, after mathematical processing, two spectra are obtained containing the spectral differences of the tested radiation source from the source of the absolutely black radiation body 2.
Третий режим работы. Излучение от источника 1 излучения формируется и направляется с помощью конденсоров 3 и 4 на оптоволоконные разъемы 6 и 7 соответственно. Далее излучение поступает на входы двух идентичных оптоволоконных кабелей 13 и 14. Выходы оптоволоконных кабелей подключаются к вводам 9 и 10 соответственно, излучение из которых попадает на коллиматоры 15 и 16 соответственно и далее в виде двух коллимированных пучков поступает на светоделитель 19 интерферометра, где каждый из них делится по интенсивности на два пучка. После светоделителя 19 излучение отражается подвижным и неподвижным рефлекторами 20 и 21, и выходит из интерферометра с обеих его сторон и левее относительно входящих пучков. Таким образом, с обоих выходов интерферометра выходят по два коллимированных пучка, которые формируют четыре интерферограммы, две в одном выходе и две в другом.The third mode of operation. The radiation from the radiation source 1 is formed and sent using capacitors 3 and 4 to the fiber optic connectors 6 and 7, respectively. Next, the radiation enters the inputs of two identical fiber optic cables 13 and 14. The outputs of the fiber optic cables are connected to the inputs 9 and 10, respectively, the radiation from which goes to the collimators 15 and 16, respectively, and then in the form of two collimated beams enters the beam splitter 19 of the interferometer, where each of They are divided by intensity into two beams. After the beam splitter 19, the radiation is reflected by the movable and stationary reflectors 20 and 21, and leaves the interferometer from both its sides and to the left of the incoming beams. Thus, two collimated beams emerge from both outputs of the interferometer, which form four interferograms, two in one output and two in the other.
Причем в каждом выходе интерферограммы - сопряженные, то есть когда один сигнал имеет положительное значение, то другой имеет отрицательное значение такой же величины. Пучки попарно в каждом выходе интерферометра накладываются друг на друга, компенсируют друг друга за исключением малой разницы, относящейся к спектральным отличиям тестируемого приемника от референтного эталона. Далее излучение с помощью коллиматоров 17 и 18 направляется соответственно на приемники 22 и 23, один из которых с известными спектральными характеристиками, а второй тестируемый. Приемники регистрируют две оптически компенсированных интерферограммы, после математической обработки получают два спектра, содержащие спектральные отличия тестируемого приемника от приемника с известными характеристиками (референтного эталона).Moreover, in each output interferograms are conjugated, that is, when one signal has a positive value, the other has a negative value of the same magnitude. The beams in pairs at each output of the interferometer are superimposed on each other, cancel each other with the exception of a small difference related to the spectral differences of the tested receiver from the reference standard. Then the radiation with the help of collimators 17 and 18 is directed respectively to the receivers 22 and 23, one of which with known spectral characteristics, and the second one being tested. The receivers register two optically compensated interferograms, after mathematical processing two spectra are obtained containing the spectral differences of the tested receiver from the receiver with known characteristics (reference standard).
Четвертый режим работы. Излучение от источника 1 излучения формируется и направляется с помощью конденсоров 3 и 4 на оптоволоконные разъемы 6 и 7 соответственно. Далее излучение поступает на входы двух идентичных оптоволоконных кабелей 13 и 14. Выходы оптоволоконных кабелей подключаются к вводам 9 и 10 соответственно, излучение из которых попадает на коллиматоры 15 и 16 соответственно и далее в виде двух коллимированных пучков поступает на светоделитель 19 интерферометра, где каждый из них делится по интенсивности на два пучка. После светоделителя 19 излучение отражается подвижным и неподвижным рефлекторами 20 и 21, и выходит из интерферометра с обеих его сторон и левее относительно входящих пучков. Таким образом, с обоих выходов интерферометра выходят по два коллимированных пучка, которые формируют четыре интерферограммы, две в одном выходе и две в другом. Причем в каждом выходе интерферограммы - сопряженные, то есть когда один сигнал имеет положительное значение, то другой имеет отрицательное значение такой же величины. Пучки попарно в каждом выходе интерферометра накладываются друг на друга, компенсируют друг друга за исключением малой разницы, относящейся к спектральным отличиям образца от референтного эталона. Далее излучение с помощью коллиматоров 17 и 18 направляется соответственно на приемники 22 и 23, один из которых работает в одном спектральном диапазоне, а второй в другом. Приемники регистрируют две оптически компенсированных интерферограммы, после математической обработки получают два спектра, содержащие спектральные отличия образца от референтного эталона в широком спектральном диапазоне.The fourth mode of operation. The radiation from the radiation source 1 is formed and sent using capacitors 3 and 4 to the fiber optic connectors 6 and 7, respectively. Next, the radiation enters the inputs of two identical fiber optic cables 13 and 14. The outputs of the fiber optic cables are connected to the inputs 9 and 10, respectively, the radiation from which goes to the collimators 15 and 16, respectively, and then in the form of two collimated beams enters the beam splitter 19 of the interferometer, where each of They are divided by intensity into two beams. After the beam splitter 19, the radiation is reflected by the movable and stationary reflectors 20 and 21, and leaves the interferometer from both its sides and to the left of the incoming beams. Thus, two collimated beams emerge from both outputs of the interferometer, which form four interferograms, two in one output and two in the other. Moreover, in each output interferograms are conjugated, that is, when one signal has a positive value, the other has a negative value of the same magnitude. Beams in pairs at each output of the interferometer are superimposed on each other, cancel each other with the exception of a small difference relating to the spectral differences of the sample from the reference standard. Next, the radiation with the help of collimators 17 and 18 is directed respectively to the receivers 22 and 23, one of which operates in one spectral range, and the other in the other. The receivers register two optically compensated interferograms, after mathematical processing two spectra are obtained containing the spectral differences of the sample from the reference standard in a wide spectral range.
Регистрируемые результаты имеют точность, превышающую точность прототипа по крайней мере в √2 раза. Чувствительность повышается за счет введения еще одного приемника, что позволяет регистрировать всю энергию, выходящую из интерферометра. Введение дополнительного приемника позволяет также повысить производительность измерений.The recorded results have an accuracy exceeding the accuracy of the prototype by at least √2 times. The sensitivity increases due to the introduction of another receiver, which allows you to register all the energy coming out of the interferometer. The introduction of an additional receiver can also improve measurement performance.
Источники информацииInformation sources
1. Genzel et al., A New Version of a Michelson Interferometer FTIR Spectroscopy. // Infrared Physics, 1978, pp.113-120.1. Genzel et al., A New Version of a Michelson Interferometer FTIR Spectroscopy. // Infrared Physics, 1978, pp. 113-120.
2. Genzel et al., The Performance of a Double-Beam Fourier Transform Spectrometer and its Application to the Measurement of Weak I.R. Absorption. // Infrared Physics, Vol.20, 1980, pp.277-286.2. Genzel et al., The Performance of a Double-Beam Fourier Transform Spectrometer and its Application to the Measurement of Weak I.R. Absorption. // Infrared Physics, Vol. 20, 1980, pp. 277-286.
3. Балашов А.А., Вагин. В.А., Висковатых А.В., Станский Л.И. Двухлучевой Фурье-спектрометр. // Авторское свидетельство №1649892 от 15.01.1991 г.3. Balashov A.A., Vagin. V.A., Viskovatykh A.V., Stansky L.I. Two-beam Fourier spectrometer. // Copyright certificate No. 1649892 of January 15, 1991
4. David R. Mattson. Dual Beam Optical Nulling Interferometric Spectrometer. // Патент США №4,999,010 от 12.03.1991 г.4. David R. Mattson. Dual Beam Optical Nulling Interferometric Spectrometer. // US Patent No. 4,999,010 dated 03/12/1991
5. Klaus Korner. Double-beam interferometer arrangement particularly for fourier-transform spectrometers. // UK Patent Application GB 2154019 A от 29.08.1985.5. Klaus Korner. Double-beam interferometer arrangement particularly for fourier-transform spectrometers. // UK Patent Application GB 2154019 A dated 08.29.1985.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009124818/28A RU2420717C2 (en) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Double-beam optical compensated fourier spectrometre |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009124818/28A RU2420717C2 (en) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Double-beam optical compensated fourier spectrometre |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009124818A RU2009124818A (en) | 2011-01-10 |
| RU2420717C2 true RU2420717C2 (en) | 2011-06-10 |
Family
ID=44054184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009124818/28A RU2420717C2 (en) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Double-beam optical compensated fourier spectrometre |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2420717C2 (en) |
-
2009
- 2009-07-01 RU RU2009124818/28A patent/RU2420717C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009124818A (en) | 2011-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106404713B (en) | A kind of miniature near infrared spectrometer of double detector of full spectral coverage 800nm-2500nm | |
| US20090231592A1 (en) | Refractive spatial heterodyne spectrometer | |
| CN107144537B (en) | Method and system for measuring visible light Fourier transform absorption spectrum | |
| US11237056B2 (en) | Monolithic assembly of reflective spatial heterodyne spectrometer | |
| Grainger et al. | Demonstration of spectral and spatial interferometry at THz frequencies | |
| US6233054B1 (en) | Fourier-transform spectrometer configuration optimized for self emission suppression and simplified radiometric calibration | |
| US20140347659A1 (en) | Stationary Waveguide Spectrum Analyser | |
| CN113932922B (en) | Polarization spectrum imaging system and method | |
| US20050237532A1 (en) | Imaging apparatus | |
| CN105953919B (en) | A kind of all -fiber Fourier spectrum analyzer | |
| Cassaing et al. | Optimized fringe tracker for the VLTI/PRIMA instrument | |
| US8766191B2 (en) | External/internal optical adapter for FTIR spectrophotometer | |
| US4999010A (en) | Dual beam optical nulling interferometric spectrometer | |
| RU2420717C2 (en) | Double-beam optical compensated fourier spectrometre | |
| Cai et al. | Spatial heterodyne spectrometer based on the Mach–Zehnder interferometer | |
| US7701583B2 (en) | Coherence spectrometry devices | |
| US20110194117A1 (en) | Mirror-tilt-insensitive fourier transform spectrometer | |
| CN211877754U (en) | Hyperspectral system for gas concentration detection | |
| Salem et al. | Single MEMS Chip Enabling Dual Spectral‐Range Infrared Micro‐Spectrometer with Optimal Detectors | |
| Farquharson et al. | Industrial Raman: providing easy, immediate, cost-effective chemical analysis anywhere | |
| CN108871572A (en) | Birefringent Fourier transformation imaging spectral band extension method and its imaging device | |
| RU167678U1 (en) | FOURIER SPECTROMETER | |
| US7440107B2 (en) | Sampling spectrophotometer comprising an interferometer | |
| Kim et al. | A monolithic MEMS michelson interferometer for ftir spectroscopy | |
| Bai et al. | Design and evaluation of spatial heterodyne Raman spectrometer at 785 nm excitation wavelength |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120702 |