Способ измерения спектрального распределения интенсивности излучения

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 060728 (21) 2639129/18-25с присоединением заявки Йо -(51)М. Кл,з 8 01 3 3/28 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Ю.Я.Дивин, О.Ю.Полянский и А.Я.Шульман Ордена Трудового Красного Знамени инст ут радиотехники и электроники АН СССР(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ Изобретение относится к технике 1измерения спектрального распределения интенсивности электромагнитного излучения и предназначено для исследования спектрального состава электромагнитного излучения миллиметрового, субмиллиметрового и дальнего инфракрасного диапазонов.Известны три основных способа из-. мерения спектрального распределения интенсивности: узкополосная фильтрация с последующей регистрацией широкополосным приемником, смешение на нелинейном элементе анализируемого излучения с узкополосным перестраиваемым излучением внешнего генератора, измерения коэффициентов Фурье исследуемого спектра с последующим применением обратного преобразования фурье, реализуемые для миллиметрового, субмиллиметрового и дальнего инфракрасного диапазоновНаилучшее разрешение, реализуемое практически указанными способами при использовании охлаждаемых детекторов в области 3-00 см, достигает величины 0,5-1 см" 11, 2 .и 3).В способе, основанном на дифракционной спектроскопии, имеют место потери исследуемого излучения вследствие прохождения его через сложную систему фильтров, зеркал, дифракционных решеток, входной и выходной щелей прибора. В миллиметроном и субмиллиметровом диапазонах анализ спектров основывается на использо ванин источников излучения с линейчатым спектром, что не позволяет про" изводить непрерывных по спектру измерений во всем диапазоне.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ измерения спектрального распределения интенсивности электромагнитного излучения посредством регистрации отклика приемника излучения, как функции изменяемого параметра, и восстановления искомого спектра путем при-. менения к измеренной зависимости взаимнооднозначного интегрального преобразования 4).Недостатком этого способа фурье- спектроскопии, являются необходимость в точном определении точки нулевой разности хода из-эа чувствительности результатов к ошибкам в ее определении; повышенные требования к динамическому диапазону применяе мого канала регистрации из-эа большойразности сигналов в разных частяхннтерферограммы, необходимость впрецезионной системе контроля разнос-,,ти хода лучей в интерферометре сточностью 0,1 от наименьшей длиныволны, присутствующей в исследуемом спектре, использование интерферометра, удовлетворяющего перечисленным выше требованиям. Все это приводит к усложнению процесса измерения и делает сам интерферометр трудноизготавливаемым и дорогостоящим устройством.Цель изобретения - увеличение разрешения и упрощение процесса измерения, измерение спектрального составаперестраиваемых по спектру без изменения формы интенсивности узкихполос поглощения или излучения.Поставленная цель достигается тем, что измеряют отклик на исследуемое излучение приемника на основе слабо О свяэанных сверхпроводников, рабочую температуру Т (К ) и сопротивление й (ом) которого выбирают по соотношению КТ 740 Ь, где Ь Х - требуемое разрешение прибора, см , и применяют к измеренной зависимости интегральное преобразование Гильберта, а в качестве изменяемого параметра выбирают или постоянное напряжение смещения Ч на приемнике и это напря-ЭО жение изменяют от нуля до значения)0,062 , где(сщ- наибольшая частота в исследуемом спектре, при котором отношение сигнал/шум уменьшают до единицы, или величину перестройки полосы, а постоянное напряжение смещения Ч 0 на приемнике при этом устанавливают при значении, соответствующем середине диапазона, в котором перестраивается спектральная полоса.На Фиг, 1 представлен график иэ меренной зависимости от напряжения смещения отклика (У(Ч) сверхпроводящего точечного контакта из ниобия на излучение ртутной лампы, прошедшее через решетчатый монохроматор, 4 полученная иэ него применением интегрального преобразования Гильбера аппаратная Функция монохроматора и теоретически рассчитанная аппаратная функция этого же монохромато- р ра.На фиг. 2 - график измеренной зависимости отклика сверхпроводящего точечного контакта из ниобия от величины перестройки полосы на излучение ртутной лампы, прошедшее через монохроматор, полученная иэ него применением интегрального.преобразования Гильберта аппаратная функция монохроматора и теоретически рассчитанная аппаратная функция этого же бО монохроматора.П р и м е р 1. Излучение ртутной лампы пропускают через решеточный монохроматор, настроенный на пропускание излучения с центральной часто 1тойм 20 сю, и направляют на точечный сверхпроводящий контакт из ниобия один иэ видов слабосвязанных сверх- проводников), который имеет сопротивление К =2 б Ом и находится при Т = 4,2 К. Кривая 1 (фиг,1) представляет измеренный откликрЯ)контакта на падающее излучение, как функция напряжения смещения 7 . Напряжение смещения у изменяют в окрестности от нуля до значения большего У ф 0,0621,24 мв до тех пор, пока отношение сигнал/шум уменьшилось до . единицы. Кривая 2 демонстрирует результат применения интегрального преобразования Гильберта к кривой 1, т.е. восстановленный искомый спектр излучения, прошедшего через монохроматор (так называемую аппаратную функцию монохроматора) . Здесь же, для сравнения, построена теоретически рассчитанная аппаратная функция этого монохроматора, отвечающая условиям эксперимента (кривая 3) . Оценка собственной ширины линии используемого сверхпроводящего перехода (т.е. величины разрешения способа в данном случае) дает значение-0,15 см ", что в 8 раэ меньше ширины измеренной линии и доказывает корректность проведенных измерений аппаратной функции.П р и м е р 2 Излучение ртутной лампы пропускают через решеточный монохроматор и направляют на точечный контакт из ниобия, который имеет сопротивление Я 8 Ом и находится при Т = 4,2 К. Кривая 1 (фиг.2) представляет измеренный отклик контакта на падающее иэ монохроматора узкополосное излучение как функцию монохроматора от величины перестройки полосы по частоте. Напряжение смещения ЧО на приемнике устанавливают прй значении 7 - 1,23 мВ, соответствующем точке смены знака отклика приемника, а перестройку полосы излучения монохроматора по частоте беэ изменения ее формы и интенсивности осуществляют посредством поворота эшелетта в пределах не меньших ее утроенной ширины "О,б см-" от частоты о=16,13 Чо 20 сми производят от малых частот к большим. Кривая 2 демонстрирует результат применения интегрального преобразрвания Гильберта к кривой 1, т.е. восстановленный искомый спектр узкополосного излучения , прошедшего через монохроматор-аппаратную функцию монохроматора. Здесь же, для сравнения построена теоретически рассчитанная аппаратная функция этого монохроматора, отвечающая условиям экспериментакривая 3 Оценка собственной ширины линии генерации сверхпроводящего перехода, используемого э данном примере, дает значение Я,05 см , что более чем в 10 разменьше ширины измеренной линии и доказывает коррективность проведенных здесь измерений аппаратной ФункцииТехнико-экономический эффект от применения способа измерения спектрального распределения интенсивности электромагнитного излучения путем регистрации отклика слабосвязанных сверхпроводников заключается в увеличении разрешения спектральных измерений в "100 раз, при чувствительности 10-"- 10 "4 Вт/Гц"нерасширении диапазона исследуемых спектров в длинноволновую сторону, а также в упрощении процесса измерения и удешевлении применяемой аппаратуры по срав-нению с известным методом фурье-спектроскопии, так как использование резонансных свойств приемника на основе слабосвязанных сверхпроводников позволяет совместить в таком приемнике 20 Функции анализатора спектра и детектора и .устранить дорогостоящие и трудноизготавливаемые элементы - двухлучевойинтерферометр и систему изменения и контроля разности хода лучей в интерферометре, снижении веса, габаритов аппаратуры и потребляемой ею мощности.ЗОФормула изобретения1. Способ измерения спектрального распределения интенсивности излучения посредством регистрации отклика приемника излучения, как функции изменяемого параметра, и восстановления искомого спектра путем применения к измеренной зависимости вэаимнооднозначного интегрального пре образования, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и упрощения процесса измерения, измеряют отклик на исследуемое излучение приемника на основе слабосвязанных сверхпроводников, рабочую температуру,Т(К ) и сопротивление к(ом ) которого выбираютпо соотношению КТ 740 ЬХ,гдето - требуемое раэрешенйе прибо.ра см- и применяют к измеренной зависимости интегральное преобразование Гильберта.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в качестве изменяемого параметра выбирают постоянное напряжение смещения Ч на приемнике и это напряжение изменяют отнуля до значения 7 ) 0,062где(см ) - наибольная частота в исследуемом спектре, при котором отношение сигнал/шум уменьшают до единицы,3. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью измерения спектрального .состава перестраиваемых по спектру без: измененияФормы и интенсивности узких полосизлучения или поглощения, в качествеизменяемого параметра выбирают вели"чину перестройки полосы, а постояйное напряжение смещения Чо на приемнике устанавливают при значении,соответствующем точке смены знакаотклика приемника.Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Техника спектроскопии в дальней инфракрасной субмиллиметровойи миллиметровой областях спектра,"Мир", М., 1970.2. Мерц Л. Интегральные преобразования в оптике. "Мир", М., 1969.3. Жижин Г.Н. "Современная Фурьеспектроскопия. Аппаратура и применение. Препринт института спектроскопии АН СССР. Р 19, Троицк, 1977.4, Лихарев К.К., Ульрих Б.Г. Системы с джозефсоновскими контактами", изд-во МГУК М., 1978.(пиг,1 едактор Л.Повха Заказ 994 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 ВНИИПИ Рос по делам 113035, Мо