Фурье-спектрометр - спектральный прибор, в к-ром искомый спектр получают в два приёма: сначала регистрируется интерферограмма исследуемого излучения, а затем через её фуръе-преобразование вычисляют искомый спектр. Совокупность спектральных методов, осуществляемых с помощью Фурье-спектрометра, наз. фурье-спектроскопиеп.
Осн. элемент Фурье-спектрометра - интерферометр
Майкельсона (или одна из его разновидностей), к-рый настраивается на получение
в плоскости выходной диафрагмы интерференц. по-лос равного наклона. Одно из зеркал (М2 на рис.) двигается поступательно,
в процессе чего исследуемое излучение модулируется, причём частота модуляции
зависит от скорости движения зеркала и длины волны излучения.
Принципиальная схема фурье-спектрометра: S-источник
сплошного ИК-спектра; М1 - фиксированное зеркало
интерферометра;
М2-подвижное зеркало интерферометра; M1-изображение
фиксированного зеркала в плече зеркала М2;
d-входное отверстие фурье-спектрометра; В-светоделитель;
D-фотоприёмник; А - усилитель; И-интерфейс связи
ЭВМ с регистрирующей и управляющей электроникой
фурье-спектрометра.
Интегральная интенсивность
светового потока, выходящего из идеального интерферометра, I(d) описывается
выражением
где В(s)- спектральная плотность входящего в интерферометр излучения (от источника S) с амплитудой
напряжённости электрич. поля E(t)в эл--магн. волне E(t). Фурье-преобразование
перем. части функции I(d) (интерферо-граммы) позволяет восстановить исследуемый
спектр:
Идеальная интерферограмма
предполагается бесконечно протяжённой, при этом разрешающая сила Фурье-спектрометра была
бы бесконечно велика. Целый ряд факторов, однако, ограничивает достижимое разрешение:
конечные пределы ме-ханич. перемещения зеркала М2, возможности
цифровой регистрации и обработки интерферограммы, неидеальность оптич. системы
и др. Как правило, форма и ширина аппаратной функции Ф--с. определяются
пределом изменения
оптич. разности хода L и видом т. н. аподизац. функции А (d) (см.
Аподизация ),к-рая входит в подынтегральное выражение в (1):
где A'(s) - фурье-спектр функции A(d). Фактически А'(s)и является аппаратной функцией
Ф--с., её ширина ~ 1/L. Варьируя форму аподизац. функции, можно в больших
пределах изменять форму и ширину аппаратной функции Ф--с., что упрощает обработку
и интерпретацию получаемых спектров. Если функция А(d) = 1 при d < L (аподизация отсутствует), то
и ширина аппаратной функции
ds
1/2L..
Второй существ. фактор, влияющий на форму и ширину аппаратной функции Фурье-спектрометра,- протяжённость реального
источника излучения в спектрометре. Обычно его размеры (линейные размеры входного
отверстия спектрометра d)выбираются в зависимости от требований эксперимента,
т. к. зависящий от d телесный угол W, определяющий угл. расходимость
светового пучка в интерферометре (как и в любом спектральном приборе), связан
с разрешающей способностью R:
это означает, что повышение
R возможно только при уменьшении светосилы прибора и, следовательно,
влечёт за собой ухудшение отношения сигнал/шум (S/N).
Результат восстановления
спектра зависит также от дискретности регистрации интерферограммы, т. е. регистрации
её с нек-рым шагом h по оптич. разности хода. Для этой цели необходимо
регистрировать интерферограмму с частотой (1/h), по крайней мере, вдвое
большей, чем макс. частота сигнала. При этом частоты, лежащие в диапазоне от
0 до 1/2h, передаются однозначно, а фрагменты более высоких частот в
восстановленном спектре появляются на частотах, меньших 1/2h. Последнее
явление (т. н. "переналожение" спектров) устраняется с помощью предварит.
оптич., электрич. или программной фильтрации сигнала. При высоком разрешении,
большом значении частоты коротковолновой границы исследуемого спектра и относительно
узком спектральном составе последнего (Ds) можно резко сократить объём обрабатываемой
информации, выбирая шаг равным 1/2Ds. Однако при этом нужно точно знать спектральный
диапазон исследуемого сигнала для его однозначной идентификации.
В Ф--с. реализуются два
осн. принципа сканирования интерферограммы - шаговое и непрерывное
(быстрое).
В быстросканирующем Фурье-спектрометре подвижный отражатель движется с пост.
скоростью u. На выходе интерферометра каждая спектральная составляющая
исследуемого сигнала
синусоидально модулируется с частотой v = 2us и осн. интегральное соотношение
фурье-спектроскопии принимает вид
В этом случае интерферометр
модулирует собств. сигнал. Если исследуемый спектральный сигнал лежит в интервале
от s1 до s2, то диапазон частот v модуляции интерференц.
сигнала изменяется в пределах 2us1 <v<2us2.
Этот диапазон можно изменять, варьируя скорость u, согласуя его с частотными
характеристиками приёмного устройства спектрометра.
В шаговом Ф--с. подвижный
отражатель перемещается скачкообразно или непрерывно с очень малой скоростью
u. В этом случае сигнал модулируется механич. обтюратором или быстрым
изменением оптич. разности хода с небольшой амплитудой (т. н. внутр. модуляция).
Шаговый Ф--с. эффективен при исследованиях сигналов с узкополосным спектром
или быстро меняющихся во времени.
Разл. типы Фурье-спектрометров имеют
определ. преимущества перед спектральными приборами с диспергирующими элементами.
Так, благодаря осевой симметрии Фурье-спектрометра обладает большей примерно в 2p/b раз светосилой
(выигрыш Жакино; b- угл. высота щели в спектральных приборах с диспергирующими
элементами) при одинаковой площади сечения коллимированного светового пучка
в интерферометре Фурье-спектрометра и на диспергирующих элементах классич. спектрального
прибора. Выигрыш в мультиплексности (выигрыш Фелжета) обусловлен тем, что в
течение всего времени измерения Фурье-спектрометра одновременно регистрирует все компоненты
исследуемого спектрального интервала, и, следовательно, при равных отношениях
S/N сокращается время регистрации одинакового спектрального интервала
или при равных временах его измерения получают в 
раз лучшее отношение S/N (М-число разрешаемых спектральных элементов
на регистрируемом спектральном интервале). Выигрыш Фелжета возможен, когда шум
приёмника излучения не зависит от величины сигнала. Использование стабилизированного
по частоте лазера для измерения оптич. разности хода в интерферометре позволяет
значительно повысить точность определения длин волн в спектре. В Фурье-спектрометре применяется
вычислит. техника (персональные компьютеры), что даёт возможность не только
регистрировать и выводить спектральную информацию на внеш. устройства, но и
осуществлять последующую обработку получаемых спектров. Кроме того, в Фурье-спектрометр
при правильном выборе частоты модуляции спектральных составляющих отсутствует
рассеянный свет, появляющийся в большинстве спектрометров др. типов и искажающий
регистрируемый сигнал.
Т. о., с помощью разл. типов Фурье-спектрометров можно достичь предельно высокого разрешения, высокой фотометрической
точности (большого отношения S/N)или сокращения времени регистрации
спектра. Сочетание разных пар этих качеств в Фурье-спектрометра и создаёт их многообразие.
Совр.Фурье-спектрометр позволяет работать
в широком спектральном интервале от 5 см-1 до 5•104 см-1
, т. е. от субмиллиметрового до УФ-диапазона, хотя наиб. распространены приборы,
работающие в ИК-диапазоне, где эффективность использования преимуществ Фурье-спектрометра
наибольшая. Разрешение совр. Фурье-спектрометра изменяется в широких пределах - от неск.
дес. до 10-4 см-1.
Временное разрешение (фактически
время регистрации интерферограммы) получаемых спектров в большинстве Фурье-спектрометров составляет
от долей секунды до неск. минут. Фурье-спектрометр с высокими скоростями изменения оптич.
разности хода обладают временным разрешением до 2-3 мс при достаточно высоком
спектральном разрешении (до 0,1 см-1). В приборах с шаговым сканированием
достигается временное разрешение порядка Не при исследовании периодически повторяющихся
сигналов. Фурье-спектрометр на основе статич. интерферометров, где в качестве интерферограммы
регистрируется пространственно фиксированная в плоскости приёмных площадок многоэлементного
фотоприёмника (линейки или матрицы фотодиодов) интерференц. картина, позволяют
достигать временного разрешения, определяемого физ. пределом отд. измерения
на отд. приёмнике, т. е. до 1 мкс и быстрее. Однако спектральное разрешение
таких Фурье-спектрометров оказывается довольно низким (не лучше 50 см-1).
Обычно в Фурье-спектрометре образец размещается в исследуемом световом пучке до или после интерферометра, исследуется отражённый или пропущенный образцом световой пучок. Однако образец может быть размещён и в одном из плеч интерферометра. В этом случае после обратного комплексного фурье-преобразования зарегистрированной интерферограммы получают комплексно-сопряжённую амплитуду отражения (пропускания) образца, умноженную на спектр источника излучения. Такой Фурье-спектрометр наз. амплитудно-фазовым, он применяется для точного определения спектров оптич. постоянных веществ.
В. А. Вагин, Г. Н. Жижин.
Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.
Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").
Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.
Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.
Понятие "мысленный эксперимент" придумано специально спекулянтами - релятивистами для шулерской подмены реальной проверки мысли на практике (эксперимента) своим "честным словом". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
|
|
 |
