Фурье-спектрометр — оптический прибор, используемый для количественного и качественного анализа содержания веществ в газовой пробе

Атомно-абсорбционный спектрометр

Атомно-абсорбционная спектрометрия – метод количественного элементного анализа по атомным спектрам поглощения (абсорбции).

Фурье – спектрометр

Фурье-спектрометр — оптический прибор, используемый для количественного и качественного анализа содержания веществ в газовой пробе.

6 Рамановский спектрометр

Портативный Рамановский акустооптический спектрометр (РАОС) включает спектрометры комбинационного (рамановского) рассеяния, предназначенные для бесконтактного спектрально-оптического анализа химического состава и структуры образцов.

7 Акустооптический спектрометр

Акустооптический спектрометр (АОС)- это оптический спектральный прибор, не содержащий дифракционных решеток и механических движущихся частей. Он представляет собой компактную оптическую головку, подключенную к управляющему компьютеру или компьютеризированному блоку управления. О последних поговорим более подробно.

Физической основой функционирования АОС является дифракция оптического излучения на акустических волнах в кристаллах. Основным элементом спектрометра является перестраиваемый акустооптический фильтр (АОФ).

Спектрометры, сконструированные на базе АО фильтров, компактны, светосильны и не содержат перемещаемых или юстируемых элементов.

АО спектральные устройства и системы на их основе используются для решения разнообразных задач: дистанционного зондирования поверхности Земли и внеземных объектов, мониторинга атмосферы и океана, контроля технологических процессов, определения цветовых характеристик, получения спектральных изображений объектов, контроле качества продукции, медицине, флуоресцентной спектроскопии, и спектроскопии комбинационного рассеяния.

АО фильтр предназначен для выделения из светового луча с широким спектром узкого спектрального диапазона и перестройки центральной длины волны этого диапазона в соответствии с управляющим сигналом.

Принцип работы акустооптического фильтра заключается в том, что длины волн света и ультразвука связаны с углом падения светового пучка на акустический волновой фронт условием Брэгга (, где d — межплоскостное расстояние, θ — угол скольжения (брэгговский угол), n — порядок дифракционного максимума, λ — длина волны). Если на акустооптическую ячейку падает световой поток со сплош­ным спектром, то в дифракции принимает участие и рассеивается ультразвуком лишь свет, длина волны которого удовлетворяет условию Брэгга на заданной акустической частоте. При неизменном угле падения света и вариациях частоты ультразвука происходит перестройка устройства, так как брэгговское условие становится справедливым уже для света с другой длиной волны.

Основные характеристики фильтров – полоса пропускания ∆λ и разрешение R= λ/∆λ – определяются числом периодов фазовой структуры на длине взаимодействия света и ультразвука.

Рассмотрим устройство и принцип работы некоторых АО фильтров.

Хронологически первым был изучен фильтр, основанный на коллинеарной диф­ракции в анизотропной среде.

В одноосном отрицательном кристалле падающий и дифрагированный лучи и звуковая волна направлены перпендикулярно оптической оси. Падающий луч поля­ризован вдоль оси (необыкновенный луч), дифрагиро­ванный — перпендикулярно ему (обыкновенный луч). Для дифракции используется сдвиговая звуковая волна. На выходе фильтра расположен анализатор, пропускаю­щий только дифрагированный свет.

Недостатком прибора является чрезвычайно низкая эффектив­ность, определяемая фотоупругой константой и относительно небольшой длиной пути взаимодействия света и звука, что связано с различными направлениями их групповых скоростей.

Преимущество высокоэффективных материалов, например, та­ких как парателлурит, в перестраиваемых фильтрах проявляется слабее, чем в других акустооптических приборах Разрешение фильт­ра и его эффективность растут одновременно с увеличением длины акустооптического взаимодействия, поэтому для фильтров с высо­ким разрешением могут успешно применяться материалы с относи­тельно низким коэффициентом акустооптического качества, такие как кристаллический кварц или ниобат лития.

Цель работы - повышение быстродействия акустооптических спектрометров.

Основная решаемая задача – разработка акустооптического спектрометра на основе коллинеарной дифракции света с управляющим сигналом СВЧ-диапазона.

Частные задачи:

- обзор и сравнительный анализ методов и устройств спектрального анализа оптического излучения;

- выбор и обоснование направлений разработки;

- разработка мат. модели АОС на коллинеарной акустооптической дифракции;

- обоснование и расчет основных конструктивных характеристик АОС;

- выбор и обоснование основных технологических процессов изготовления АОС;

- технико-экономическое обоснование….

Одной из ведущих организаций, занимающихся разработкой, конструированием и совершенствованием акустооптических оптических устройств, является Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН (НТЦ УП РАН).

В результате исследований и разработок НТЦ УП в области акустооптики создана технология и реализован новый физический принцип спектральных измерений, основанный на явлении дифракции светового излучения на объемной фазовой решетке, которая создается в кристалле звуковой волной, частота, амплитуда и фаза которой изменяются по заданному закону.

Разработаны двухкристальные акустооптические фильтры, обладающие повышенной разрешающей способностью. Принципиально обоснована возможность построения акустооптического видеоспектрометра, позволяющего получить пространственные спектральные характеристики объектов. На этой основе возможно создание новых систем видения и распознавания изображений.

Созданы образцы нового класса спектральных приборов для широкого круга исследований — акустооптические спектрометры, которые имеют существенные преимущества по сравнению со спектральными приборами аналогичного назначения, основанными на классических физических принципах (дифракционных решетках): высокую точность измерений за счет большой светосилы и селективной модуляции полезного сигнала, высокое спектральное разрешение, высокое быстродействие, автоматическое управление процессом измерения и обработки спектральной информации, виброустойчивость, малые габариты.

НТЦ УП РАН является мировым лидером в области разработки и создания акустооптических спектрометров инфракрасного, видимого и ультрафиолетового диапазонов длин волн.

Поиск по сайту: