ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2021. №11
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.11.6
УДК: 534.63, 535.33
С. В. Боритко, С. И. Иванов, А. В. Карандин
Научно-технологический центр Уникального приборостроения РАН, 117342, г. Москва, ул. Бутлерова, д.15
Статья поступила в редакцию 23 ноября 2021
Аннотация. Спектрометр не способен безошибочно определить спектральные положение меньшего максимума, если он расположен на фоне мощного широкого пика. Решение проблемы известно: достаточно продифференцировать имеющуюся зависимость, и положение меньшего пика определяется с достаточной точностью. На базе квазиколлинеарной акустооптической ячейки был создан макет спектрометра, позволяющего регистрировать как спектр оптического сигнала, так и его производную, причем в реальном масштабе времени. В ходе проведения работ было проведено более детальное исследование работы созданного макета: программно менялась величина фазового сдвига от 0 до 360 °, а пространственный период модуляции – от 0 до длины АО ячейки L. В качестве источника излучения использовалась неоновая лампа и все приведенные данные были получены для одной и той же линии излучения. Максимальный сигнал для производной соответствует значениям фазы 90° и 270°. В другой серии экспериментов была исследована работа макета при изменении периода модуляции (фазовый сдвиг фиксирован, ψ=π/2). Максимальный сигнал для производной соответствует значениям длительности периода модуляции равной L/2, т.е. половине длины акустооптической ячейки. Графики результатов “физического” и “математического” дифференцирования не совпадают. Мы предполагаем, что различия 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; создана приборная реализация предложенного метода и показано, что для видимого диапазона (532 нм) точность определения спектрального положения максимумов составляет 0,2 нм.
Ключевые слова: спектрометр, спектральное положение, акустооптическая ячейка, неоновая лампа, акустооптическое дифференцирование, тонкая структура, перекрывающиеся спектры.
Abstract. The spectrometer is not able to accurately determine the spectral position of the smaller maximum if it is located against the background of a powerful broad peak. The solution of the problem is known it is enough to differentiate the existing dependence, and the position of the smaller peak is determined with sufficient accuracy. Based on a quasi-collinear acousto-optic (AO) cell, a prototype spectrometer was created, which makes it possible to record both the spectrum of the optical signal and its derivative in real time. In the course of the work, more detailed research of the work of the created model was carried out: the value of the phase shift was changed programmatically from zero to 360°, and the spatial modulation period - from zero to the length of the AO cell L. A neon lamp and all the data presented were used as a radiation source, were obtained for the same emission line. The maximum signal for the derivative corresponds to the phase values of 90° and 270°. In another series of experiments, the work of the model was investigated with a change in the modulation period (the phase shift is fixed, ψ=π/2). The maximum signal for the derivative corresponds to the values of the modulation period duration equal to L/2, half the length of the acousto-optic cell. The graphs of the results of "physical" and "mathematical" differentiation do not coincide. We assume that the differences are related to the shape of the instrumental function of the acousto-optical spectrometer. However, at the tops of the spectral peaks, in the regions of intersection of derivatives with a zero line, the results coincide, which makes it possible to use acousto-optic differentiation to reveal the "fine structure" of optical spectra, and in real time. Thus, as a result of the work carried out: a method was proposed for the precise determination of the position of spectral maxima in complex overlapping spectra in real time; an instrumental implementation of the proposed method was created, and it was shown that for the visible range (532 nm) the accuracy of determining the spectral position of the maxima is 0.2 nm.
Key words: spectrometer, spectral position, acousto-optic cell, neon lamp, acousto-optic differentiation, fine structure, overlapping spectra.
Литература
1. Сааков В.С., Драпкин В.З., Кривченко А.И., Сердюк А.С., Розенгарт Е.В., Богачев Ю.В., Князев М.Н. Производная спектрофотомерия и спектроскопия ЭПР при решении эколого-биологических проблем. Санкт-Петербург, Технолит. 2010. 408 с.
2. Берштейн И.Я., Каминский Ю.Л. Спектрофотометрический анализ в органической химии. Ленинград, Химия. 1986. 200 с.
3. Цокова Т.Н., Котлова Т.И., Осипова А.В. Метод производной УФ-спектрофотометрии определения концентрации лекарственного препарата в смесях. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. №11-5. С.694-698.
4. Пустовойт В.И., Пожар В.Э. Управление характеристиками коллинеарного акустооптического фильтра путем модуляции ультразвука. Радиотехника и электроника. 1998. Т.43. №1. С.121-127.
5. Пожар В.Э., Пустовойт В.И. Дифракция света на акустической кусочно-однородной волне со скачкообразным изменением фазы. Успехи современной радиоэлектроники. 2006. №9. С.61-69.
Для цитирования:
Боритко С.В., Иванов С.И., Карандин А.В. Использование модуляционной акустооптической спектрометрии для определения местоположения спектральных особенностей в перекрывающихся спектрах. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.11.6