Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Основной задачей спектрометрии является точное определение положения спектральных составляющих. Часто встречаемая ситуация состоит в том, что в спектре на фоне мощного широкого пика расположен более узкий и менее мощный пик. В этом случае, как показано ни рис. 1 (слева), какой бы точный спектрометр не использовался измерение спектрального положения меньшего максимума происходит с существенной ошибкой.
Для решения озвученной выше проблемы достаточно продифференцировать имеющуюся зависимость и, как это показано на рис. 1 (справа), положение меньшего пика определяется с достаточной точностью. Этот способ широко используется в молекулярной спектроскопии и аналитической химии при исследовании мутных жидкостей и сложных растворов [1, 2]. Процедура заключается в измерении частотной зависимости спектральной плотности образца, затем сглаживании (удаление шумовой составляющей) и последующее дифференцирование результата. Однако искажения в производных спектров, вносимые различными процедурами их вычисления, могут приводить к неверной интерпретации.
В работе рассмотрен другой путь, основанный на методе модуляционной акустооптической спектрометрии, который основан на применении не вычислительных методов, а методов связанных с непосредственным измерением производных спектра. В [3, 4] теоретически была предсказана возможность непосредственной регистрации спектра оптического излучения и его производных, основанной на акустооптической дифракции на фазовой решетке, созданной акустической волной с резкой периодической модуляцией фазы. Нами был создан макет спектрометра, позволяющего регистрировать производные оптических спектров. Макет включает в себя монохроматор на основе квазиколлинеарной акустооптической ячейки, модуль выработки управляющего сигнала (синтезатор частоты), модуль обработки и управления. Последний представляет собой одноплатный компьютер, обеспечивающий выработку управляющих сигналов для всех блоков в соответствии с заданием, поступающим с внешнего компьютера, а также передачу данных на этот внешний компьютер. Внешний вид макета, собранного в корпусе персонального компьютера приведен на рис. 2.
В качестве тестового эксперимента была произведена регистрация излучения неоновой лампы, имеющей, как известно, линейчатый спектр. На рис. 3 показан участок зарегистрированного спектра, а так же его первой производной. Из графика видно, что созданный макет модуляционного акустооптического спектрометра довольно эффективно регистрирует как спектр оптического сигнала, так и его производную, причем в реальном масштабе времени (см. представленный скан) — слева присутствуют как сигнал спектра, так и его производной; справа сигналов нет.
Осталось выяснить насколько «физическая» производная, т. е. производная зафиксированная макетом модуляционного акустооптического спектрометра, совпадает с «математической», рассчитанной из частотной зависимости спектральной плотности. Были выбраны два пика излучения, спектры сглажены математически, а затем продифференцированы и нормированы на единицу. Величины зарегистрированных производных также быль нормированы на единицу. Результаты «физического» (пунктир) и «математического» дифференцирования приведены на рис. 4 (большие пики — сами спектральные линии). Видно, что графики не совпадают.
Мы предполагаем, что различия, а именно, заужение «физической» производной и появление дополнительных экстремумов, связаны с формой аппаратной функции акустооптического спектрометра. Однако на вершинах спектральных пиков, т. е. в районах пересечения производных с нулевой линией результаты совпадают, что позволяет использовать акустооптическое дифференцирование для выявления «тонкой структуры» оптических спектров, причем в реальном масштабе времени.
Таким образом, в результате проведенных работ предложен метод точного определения положения спектральных максимумов в сложных перекрывающихся спектрах в реальном масштабе времени и создана приборная реализация предложенного метода. Следует отметить, что, как это видно из графика на рис. 3, созданное устройство позволяет регистрировать не только первую, но и вторую производную оптического спектра, правда с низкой эффективностью. Мы предполагаем продолжить работы с целью выявления возможности более высокой эффективности регистрации именно второй производной.
