Способ определения относительного спектрального распределения интенсивности излучения вторичного процесса

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 855 19) 111 5 601 И 21/ НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОМУ СВИДЕТЕЛЬ К АВТ 2 льский институт проблем им. А.Н ки им. В,И. Степа азак, А.С. Лугина, ников и П.А, Торегду, опд рЫзе се аког Ваеап Ор 1. Соаглопз,тво ССС 63, 1989 Изобретение спектроскопии и для измерений эф модействий иэлуч ности интенсивно распада поглоще лучения (наприме ции или комбинац возникающих по светопоглощения ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Зап 1 ачсса А, - А ЫдЬйд:УА 6 азег пщ 1 разззсацегпд бадпозтсз, -1979, ч.30, И. 30, р. 423-4Авторское свидетельсФ 1679305, кл. 6 01 й 21/ относится к лазерной может быть использовано фективности слабых взаиения с веществом, в частсти вторичных процессов нной обьектом энергии изр, излучения люминесценионного рассеяния и др.), сле первичного процесса Известен способ определения сигнала, генерируемого средой после взаимодействия с лазерным излучением, основанный на зондировании среды, помещенной в осевую многоходовую кювету (МК), Зондирующим излучением является преобразованное во вторую гармонику излучение лазера. Датчиком регистрируется сигнал вторичного процесса 1),(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОГО СПЕКТРАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ ВТОРИЧНОГО ПРОЦЕССА(57) Сущность: осуществляют возбуждение среды в многопроходной кювете, содержащей нелинейный преобразователь частоты лазерного излучения. Роль возбуждающего излучения играет преобразованный на частоте лазерный импульс, Регистрир ют отношение амплитуд вторичного и эоцесса (оптоакустического, люминесцентного и т.д.) и возбуждающего излучения. выходящего через один из отражателей кюветы. 1 В известном способе отсутствует нормировка сигнала вторичного процесса. Тра- - в диционно используемая нормировка на энергию импульса лазера устраняе 1 только влияние флуктуаций энергии импульса лазе- С) ра, не снижая флуктуаций и дрейфов иэ-эа емуЪФЮ флуктуаций и дрейфов длины оптического у пути в МК (изменения температуры, влажности, вибрации и т.п.), коэффициентов отражения и пропускания входящих в нее элементов, расходимости и длительности излучения лазера от импульса к импульсу, и а т.п, Это обусловлено тем, что в отличие от одноходового метода величина генерируемого в МК сигнала вторичного процесса определяется эффективной плотностью мощности излучения в МК за все время взаимодействия с обьектом, которая зависит не только от интенсивности излучения лазера. но и От его длительности и расходимости, аже внутрь многоходовой кюветы, поддействием преобразованного по частоте излучения, при этом многоходовая кювета имеет низкую добротность на длине волны преобразованного по частоте излучения, являющегося зондирующим, а сигнал вторичного процесса нормируют на параметр преобразованного по частоте излучения, вышедшего из многоходовой кюветы через один из ее отоажателей за все время взаимодействия со средой, - в качестве сигнала вторичного процесса используют его амплитуду. в качестве нормировочного параметра используют амплитуду преобразованного по частоте излучения, вышедшего иэ многоходовой кюветы через один из ее отражателей, причем длину многоходовой кюветы выбирают не более С Л 1 А/2,3, где С - скорость света в многоходовой кювете; А - относительная величина потерь света на один проход многоходовой кюветы, не содержащей исследуемой среды, Л 1 - длительность импульса лазера.Авторам не известна операция выбора такой длины МК, при которой обеспечивается воэможность амплитудного детектирования вторичного процесса и нормировочного сигнала, а также посредством нормировки обеспечивается полное усранение влияния флуктуаций параметров лазера и МК на погрешность измерений относительного спектрального распределения интенсивности излучения вторичного процесса, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям "новизна" и "существенные отличия".Способ осуществляется следующим образом.С помощью двух зеркал формируют осевую многоходовую кювету, причем расстояние между зеркалами выбирают не более С Ь 1 А/2,3, где С - скорость света в МК, А - относительная величина потерь света на один проход МК, не содержащей исследуемой среды, Л 1 - длительность импульса лазера. В МК вдоль оптической оси вводят лазерное излучение, которое преобразуется по частоте в нелинейном кристалле, помещенном внутрь МК. Преобразованное по частоте излучение служит зондирующим для находящегося внутри ЫК исследуемого объекта, Отражатели МК образуют оптический резонатор, высокодобротный на частоте зондирующего излучения и низко- добротный на частоте излучения лазера, При этом регистрируемая амплитуда сигнала вторичного процесса, являющегося следствием возбуждения обьекта зондирующим излучением, нормируют на амплитуду преобразованного по частоте излучения, вышедшего иэ МК через один из ее отражателей эа все время взаимодействия со средой.Сущность изобретения можно проил ластрировать следующими расчетными соотношениями.Считаем, что длительность импульса лазера Ьтя значительно больше времени т, прохода излучением МК, равного 1 о -1/С, 10 где 1 - длина МК С - скорость излучения вней. Считаем также, что импульс лазера прямоугольный и разбит на и частей, протяженность каждой иэ которых Ь, а вошедшая в МК интенсивность каждой иэ и частей равна 15 1 х, Тогда после входа в МК первой из и частей интенсивность излучения в МК составит 11 = Ь. К моменту входа второй части интенсивность находящейся в МК первой части уменьшится вследствие потерь величиной А 20 на один проход МК до величины 1 е, исуммарная интенсивность в МК будет равна 12 = 1 л+ 1 хе . К моменту входа третьей-Ачасти находящаяся в МК первая часть уменьшится уже до значения 1 ле 2", т.к, к 25 этому времени она совершила два проходаМК, а интенсивность находящейся в МК второй части уменьшится до величины 1 ле, и.Аобщая интенсивность в МК составит 13 = 1 л +1 е " 1 ле 2", Следовательно. после входа ЗО в МК последней и-ной части лазерного импульса интенсивность излучения в ней достигнет величины1.,=М 1+е"+е" Ц+ А+ 35 + ".е )=1 л А(2)1 - еТогда датчик вторичного процесса выдаст сигнал с амплитудойЧвп = ЬА 1 щах1Ах, (3) 4 О где ЬА - коэффициент чувствительности лзмерителя амплитуды датчика вторичного процесса, а из МК через зеркало 2 выйдет часть зондирующего излучения, которое обеспечит генерацию датчиком нормировочного сигнала импульса напряжения с амплитудоиЧн = 1 А 1 взх Т 1 Т 4 Тх, (4)где Кд - коэффициент чувствительности измерителя амплитуды нормировочного сиг нала;Т - пропускание исследуемой среды; Т 4 - пропускание элементов МК, наодящихся между исследуемой средой и зеркалом 2;Т 2 - пропускание зеркала 2. Следовательно, из 3) и 4) следует:Чвп ЬА 1 - Тх4 ) (5)Чн МА Т 4 Т 2 ТхСравнение (5) с Я показывает, что при измерениях по предлагаемому способу досткЗаказ 3738 Тираж ВНИИПИ Государственного ко 113035, МПодписноеитета по изобретениям и открытиямва, Ж, Раушская наб 4/5 ри ГКНТ ССС Производственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 ционален интенсивности 2 и) и детектируется детектором б, Система регистрации 8 измеряет отношение энергии генерируемого средой 4 и детектируемого датчиком 6 импульса к энергии вышедшего из МК импульса излучения преобразованной частоты, частично вышедшего через зеркало 3, детектируемого фотоприемником 7,Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет устранить погрешность измерений генерируемого исследуемой средой сигнала, обусловленную флуктуациями расходимости излучения лазера и добротности МК в промежутках между импульсами, При этом длина МК не ограничена снизу и определяется размерами исследуемой среды либо апертурой сбора сигнала вторичного процесса, т.е. может составлять несколько сантиметров, что сокращает габариты МК и время измерений. Кроме того, в канале измерения вторичного процесса и в канале нормировки обеспечивается возможность замены зарядочувствительных измерителей на пиковые детекторы или устройства выборки и хранения, что повышает точность измерений и позволяет применить более дешевые и доступные приборы.Формула изобретения Способ определения относительного спектрального распределения интенсивности излучения вторичного процесса, включающий ввод лазерного излучения в многоходовую кювету вдоль ее оптической оси, преобразование лазерного излучения по частоте в помещенном между отражателями кюветы нелинейном кристалле, реги страцию сигнала вторичного процесса,возникающего в объекте, помещенном также внутрь многоходовой кюветы, под действием преобразованного по частоте излучения, при этом многоходовая кювета 10 имеет низкую добротность на длине волныпреобразованного по частоте излучения, являющегося зондирующим, а сигнал вторичного процесса нормируют на параметр преобразованного по частоте излучения, 15 вышедшего из многоходовой кюветы черезодин иэ ее отражателей за все время взаимодействия со средой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности при одновременном сокращении времени изме рений, в качестве сигнала вторичного процесса используют его амплитуду. в качестве нормировочного параметра используют амплитуду преобразованного по частоте излучения, вышедшего из многоходовой кюветы 25 через один из ее отражателей, причем длинумногоходовой кюветы выбирают не более С Ь 1 А/2,3, где С - скорость света в многоходовой кювете, А -относительная величина потерь света на один проход много ходовой кюветы, не содержащеиисследуемой среды, Ь 1 - длительность импульса лазера,