ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Измерение длин воли и частот, спектральное разложеИзмерения энергии и мощности из "Введение в нелинейную оптику Часть2 Квантофизическое рассмотрение " Длина волны принадлежит к таким физическим величинам, которые в оптической области могут быть измерены с очень высокой точностью. Стандартом длины, а следовательно, и длины волны с 1958 г. служила длина волны перехода 2рю 5с15 изотопа криптона с массовым числом 86, которая по определению в вакууме имеет значение К = 605,7802105 нм. [c.43] Воспроизводимость этого стандарта составляет 10 . В 1973 г. было предложено в будущем считать стандартом красную линию гелий-неонового лазера, стабилизированного иодом как поглощающим газом с этим стандартом длина метра устанавливается и воспроизводится с точностью до 10 °. [c.43] Вслед за первичным стандартом применяются вторичные стандарты, установленные с помощью интерфе-рометрических измерений (используется главным образом интерферометр Майкельсона). Ошибка составляет 10 нм. Вторичные и соответствующие им третичные длины волн собраны в спектральных атласах, так что в видимой области и в прилегающих к ней спектральных областях имеется большое число линий, которые могут использоваться для калибровки спектральных приборов по длинам волн. Новые успехи в этом направлении достигнуты с помощью лазерной спектроскопии высокого разрешения, особенно в инфракрасной области. [c.43] По-видимому, в будущем появятся новые возможности создания стандартов частоты и новых прецизионных методов в спектроскопии. С помощью метода измерения разностных частот можно будет сопоставить абсолютно измеренным оптическим частотам соседние частоты. [c.45] При измерении спектра мощности исследуемое излучение попадает в прибор, в котором оно подвергается разложению на спектральные компоненты и преобразуется в выходной сигнал. Окончательно этот сигнал представляется в виде зависимости от частоты или длины волны. Цель такого анализа состоит в том, чтобы по регистрируемому сигналу по возможности точно (и просто) сделать заключения о входном сигнале. Но в процессе измерений неизбежно возникают систематические ошибки, ограничивающие точность. [c.45] Аппаратную функцию 91опт( ) можно характеризовать ее полушириной (АХ)л, которая приблизительно совпадает с минимальным разделяемым расстоянием между линиями АК, определяемым разрешаюш,ей способностью. Функция 91опт( ) определяется также долей входной МОШ.НОСТИ, которая может быть измерена на выходе эта доля вместе с характеристиками приемника обусловливает относительную шумовую ошибку. [c.47] Изготовляются дифракционные решетки с размерами до 300X200 мм и с числом штрихов 2400 на 1 мм, углы наклона ступенек в ступенчатых решетках выбираются между 2 и 60°. Могут быть приняты различные способы расположения решеток. Ограниченная дифракцией разрешающая способность составляет до 7-10 . [c.48] Эти экстремальные значения разрешающей способности достигаются экспериментально в приборах с фокусными расстояниями /а /е 3 м, Т. е. при отношениях дифрагирующей поверхности к р не менее 1/100 (лишь тогда можно, например, пренебречь ошибками изображения). Приборы с решетками обладают преимуществами по сравнению с призменными приборами, поскольку они характеризуются более высокими значениями дисперсии и разрешающей способности. Однако они имеют тот недостаток, что для разделения различных порядков требуется предварительное спектральное разложение. [c.48] Для обнаружения линии слабой интенсивности, находящейся вблизи более сильной линии (примером может служить волна некоторого некогерентного нелинейного процесса рассеяния рядом с лазерной волной), т. е. для подавления фона требуется применение нескольких монохроматоров. В настоящее время промышленность изготовляет тройные монохроматоры. [c.48] НИЯ ВОЗМОЖНО более высокой интенсивности в фокальной ПЛОСКОСТИ камеры (т. е. при регистрации на фотопластинке требуется возможно более глубокое почернение) при минимальном уширении дифракционной картины, то входная щель должна иметь приблизительно так называемую нормальную ширину 6эфф, которая характеризуется дифракционной шириной. В случае очень слабых сигналов часто оказывается необходимым выбирать значительно большую ширину, чтобы выделить сигнал из шума (фотоприемника или фотопластинки).Если Ье эфф, то говорят О разрешающей способности, которая энергетически ограничена. [c.49] Во многих случаях в экспериментах в НЛО для спектрального разложения или для подавления какого-либо определенного излучения оказывается достаточным применение фильтров, так как линии, которые необходимо разделить, обычно достаточно удалены друг от друга. Примерами могут служить генерация второй и третьей гармоник или большое смещение стоксовой и антистоксовой компонент вынужденного комбинационного рассеяния. Диэлектрические многослойные фильтры отличаются тем, что обладают высокой прозрачностью в резко ограниченной заданной спектральной области. Они изготовляются для видимого участка спектра и для прилегающих к нему областей ультрафиолетового и инфракрасного света, характеризуются разнообразием свойств и могут применяться также как отражательные фильтры. Некоторое смещение границ прозрачности может быть достигнуто путем вращения фильтра. Для достижения сильного поглощения (на много порядков) применяются преимущественно поглощательные фильтры, каковыми наряду с цветными стеклами служат также растворы селективно поглощающих веществ, полупроводники и другие твердые вещества. Если фильтры предназначаются для излучений высокой мощности, то их свойства должны подвергаться точному контролю, поскольку насыщение поглощения, поглощение из возбужденных состояний, а также те или иные разрушения могут создать свойства, сильно отличающиеся от свойств вещества при малых сигналах. [c.52] Анализ эмиссионных сигналов с исключительно высоким разрешением может быть выполнен путем смешивания при фотоэлектрическом приеме (см. разд. В 1.31, В 1.4). Фототок фотоэлектрического приемника зависит от напряженности поля на катоде по квадратичному закону, причем следует провести временное усреднение по времени срабатывания приемника. Частотный анализ фототока, изменяющегося во времени, дает информацию о спектральном распределении излучения с очень высоким разрешением. Таким способом могут быть определены ширины линий оптического излучения порядка нескольких герц. При этом минимальная измеримая разностная частота определяется продолжительностью времени измерения, в течение которого может быть обеспечена достаточная стабильность всех частей аппаратуры. Доступная обработке область частот ограничена наивысшей частотой приемника и регистрирующей электронной аппаратуры. Описанный метод измерений особенно применим для исследования стабильности частот и спектральных свойств стабилизированных лазеров, причем могут сравниваться между собой. также выходные сигналы двух независимых лазеров. Кроме того, исследуются линии рассеяния, расположенные близко к возбуждающей линии, в частности их контуры. [c.53] Инерционность тепловых приемников определяется процессами переноса тепла от поверхности приемника к термостату и приводит в основном к значениям т 10 с. Конструкции с существенно меньшими временными константами (снижающимися до 10 с) обладают очень малыми чувствительностями и пригодны только ля измерения лазерных импульсов большой мощности. [c.58] Со специальными вакуумными фотодиодами, способными создавать столь сильные выходные токи, что их выходное напряжение может быть подано на осциллографы без дальнейшего усиления, могут быть достигнуты временные константы регистрирующей системы порядка 10 с. При регистрации периодических импульсов быстродействующими приемниками и импульсными осциллографами временное разрешение достигает нескольких 10 с при высокой чувствительности. [c.59] В инфракрасной области спектра целесообразно применение фотоприемников, основанных на внутреннем фотоэффекте. С ними достигаются несколько меньшие временные разрешения (порядка 10 с). [c.59] В табл. 2 сопоставлены некоторые характеристические величины для приемников различных типов. Помимо тепловых и фотоэлектрических приемников в таблицу включены для сравнения также пироэлектрические приемники. Здесь следует заметить, что оптимально достижимые значения чувствительности регистрации и скорости срабатывания, вообще говоря, нельзя реализовать с помощью одного и того же приемника. [c.59] Применяя метод образования суммарных частот, можно преобразовать инфракрасное излучение в видимую область (ап-конверсия), в которой могут быть использованы более высокая чувствительность регистрации и более высокая граничная частота на это уже указывалось в ч. I разд. 3.31. Например, в результате смешения волн из области 10 мкм со светом рубинового или аргонового лазера удалось получить излучение с предельно слабым шумом. [c.59] В НЛО важную роль играют кратковременные процессы, особенно в связи с возбуждением пикосекундными лазерами. Для наблюдения таких процессов необходима соответствующая техника быстрой регистрации. Для субнаносекундной области оказывается применимой описанная в предыдущем разделе техника фотоэлектрической регистрации. Здесь мы опишем некоторые методы и вспомогательные средства, дополняющие фотоэлектрические методы регистрации и позволяющие достигать еще более высоких временных разрешений. [c.60] Дальнейшим важным вспомогательным средством для наблюдения кратковременных процессов служат быстродействующие оптические затворы, основанные на эффектах Поккельса и Керра, оптическом эффекте Керра (см. ч. I, 2.3 и 4.1) и на насыщаемом поглощении. [c.62] Вернуться к основной статье