Микроволновый спектрометр

ЕТЕНИЯ ПИСАНИЕ СНИДЕТ ЕЛЬ СТ АВТОРСН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Институт прикладной ФизикиАН СССР(56) 1. Авторское свидетельство СССУ 785696, кл. С 01 И 22/00, 1978.2. Авторское свидетельство СССРВ 932378, кл. С 01 И 22/00, 1980(54)(57) МИКРОВОЛНОВЬЯ СПЕКТРОМЕТР,содержащий источник и приемник когерентного СВЧ излучения, установ-.ленные перед торцовой стенкой ячейки для исследуемого газа, разделенной на две камеры перегородкой из пластин, перпендикулярной торцовым стенкам ячейки, при этом источник когерентного СВЧ излучения расположен напротив первой камерь 1, а приемник когерентного СВЧ излучения напротив второй камеры, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения чувствительности, пластины установлены параллельно торцовым стенкам ячейки и попарно соединены между собой, при этом одна из соседних пар пластин соединена с общей шиной, а другая подключена к введенному источнику постоянного напряжения.1116370 2 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к техникерадиоизмерений и может быть использовано при молекулярном, химическоми изотопном анализе веществ в газовой и паровой фазе, например прианализе особо чистых веществ.Известен микроволновый спектрометр, содержащий источник когерентного СВЧ излучения, установленныйсоосно с ячейкой с исследуемым газом и регистратор, в качестве которого используется соединенный с ячейкой акустический детектор 13Недостатком этого спектрометраявляется то, что величина его разрешающей силы ограничена допплеровскимуширением спектральных линий.Наиболее близким к изобретениюявляется микроволновый спектрометр,содержащий источник и приемник когерентного СВЧ излучения, установленнье перед торцовой стенкой ячейки для исследуемого газа, разделенной на две камеры перегородкой изпластин, перпендикулярной торцовымстенкам ячейки, при этом источниккогерентного СВЧ излучения расположен напротив первой камеры, а приемник когерентного СВЧ излучениянапротив второй камеры 2 3.Однако известный микроволновыйспектрометр не обеспечивает высокуючувствительность.Цель изобретения - повышениечувствительности,Поставленная цель достигается темчто в микроволновом спектрометре,содержащем источник и приемник когерентного СВЧ излучения, установленные перед торцовой стенкой ячейки для исследуемого газа, разделенной на две камеры перегородкой изпластин, перпендикулярной торцовымстенкам ячейки, при этом источниккогерентного СВЧ излучения расположен напротив первой камеры,а приемник когерентного СВЧ излучения напротив второй камеры, пластины установлены параллельно торцовым стенкам ячейки и попарно соединены между собой, при этом одна из соседнихпар пластин соединена с общей шинойа другая подключена к введенномуисточнику постоянного напряжения.На чертеже приведена структурнаяэлектрическая схема микроволнового. спектрометра.Микроволновый спектрометр содержит источник 1 когерентного СВЧ иэлучения, приемник 2 когерентного СВЧизлучения, установленные перед торцовой стенкой ячейки 3 для исследуемого газа, разделенной на две камеры 4 и 5 перегородкой 6 из пластин 7,перпендикулярной торцовымстенкам ячейки 3, при этом пластины7 попарно соединены между собой,одна из соседних пар пластин 7 соединена с общей шиной 8, а другаяподключена к введенному источнику8 постоянного напряжения. Микроволновый спектрометр работает следующим образом.Формируемое источником 1 СВЧ излучение проходит через камеру 4 ячейки 3. В результате взаимодействия с СВЧ излучением молекулы газа возбуждаются, что приводит к возникновению когерентного спонтанного излучения молекул, причем в камере 4 направление распространения суммарного излучения молекул совпадает с направлением распространения СВЧ излучения от источника 1. При частоте СВЧ излучения источника 1, соответствующей центру исследуемой спектральной линии, возбуждаются молекулы, у которых отсутствует продольная относительно оси ячейки 2 составляющая скорости. За счет теплового движения возбужденные моле-кулы через перегородку 6 поступают в камеру 5 ячейки 3, при этом в камере 5 формируется пространственная периодическая структура из слоев возбужденных молекул. Вследствие имеющейся между пластинами разности потенциалов в промежутках между пластинами 7 возникает электрическое поле Е, но не во всех промежутках, а через один. Из-за этого все слои возбужденных молекул можно разбить на две группы: слои, молекулы которых попали под действие электрического поля при переходе через перегородку, и слои, молекулы которых не попали под действие поля. Молекула, попадающая в электрическое поле, испытывает штарк-зффект, в результате чего изменяется расстояние между уровнями молекулы, а следовательно, и частота излучения. После выхода из поля расстояние между уровнями молекулы и частота излучения становятся прежними, но фаза излучения отличается от фазы излучения молекул, не подвергшихся действию поля, на определеннуюСоставитель В. ЕжовТехред М;Надь Корректор М. Демчик Редактор М, Петрова Заказ 6923/36 Тираж 822 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 величину, зависящую от времени нахождения молекулы в поле, величины поля и коэффициента штарковского сдвига уровней.Величина электрического поля подбирается при помощи потенциала Ч так, чтобы во второй камере 5 фаза излучения молекул в слоях, молекулы которых испытали действие электри" ческого поля, отличалась от фазы излучения молекул в слоях, молекулы которых не испытали действия электрического поля, на Т 1(180 ). Каждая группа слоев в отдельности представляет из себя такую же периодическую пространственную структуру, какая создавалсь и в прототипе во второй камере. И излучение молекул во второй камере от каждой группы слоев такое же, как и в прототипе, но сдвигпо фазе излучения молекул в одной группе по отношению к Фазе иэлуче 16370 4ния молекул в другой приводит к тому,что когерентное спонтанное излучение молекул, распространяющееся всторону приемника, увеличивается вдва раза по сравнению с прототипом,а мощность и чувствительность в четыре раза,При частоте излучения, отличнойот частоты перехода, так же как и в10 прототипе и по тем же причинам происходит "перемешивание" слоев, имощность когерентного спонтанногоизлучения молекул, принимаемогоприемником 2, резко убывает с увелн 5 чением расстройки,Таким образом, предлагаемый мик"роволновый спектрометр обеспечивает повышение чувствительности по 20 сравнению с прототипом при сохране-,нии всех присущих прототипу достоинств.