Способ калибровки внутрирезонаторного лазерного спектрометра

 

СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ВНУТРИРЕЗОНАТОРНОГО ЛАЗЕРНОГО СПЕКТРОМЕТРА, по селективным потерям, вводимым в резонатор установкой эталонного образца с известным коэффициентом поглощения , основанный на измерении спектральной плотности энергии генерации , отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения калибровки в широком диапазоне изменения рабочих режимов генерации , в качестве эталонного образца используют двулучепреломляющий элемент и поляризатор, установленные на оптической оси резонатора, двулучепреломляющий элемент вращают вокруг его оптической оси, при этом О) селективные потери определяют по ориентации двулучепреломляющего элемента .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) .

151) 4 G 01 J 3/42

1 А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г (21) 3479629/18-25 (22) 06.08.82 (46) 30.03.86. Бюл. Ф 12 (71) Институт прикладной физики

АН СССР (72) M.Ñ. Гитлин, М.А. Новиков, И.Н. Полушкин и А.И. Щербаков (53) 535.8(088.8) (56) Бураков В.С. и Кадомцева Л.А.

Исследование чувствительности внутрирезонаторного метода анализа с использованием лазеров на растворах органических красителей. Журнал прикладной спектроскопии, 1978, т. 28, вып. 2, с. 218.

Свириденков Э.А. и Фролов M.Ï.

О возможности исследования формы линий поглощения методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии.

Квантовая электроника, 1977, т. 4, Р 5, с. 1028. (54)(57) СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ВНУТРИРЕЗОНАТОРНОГО ЛАЗЕРНОГО СПЕКТРОМЕТРА, по селективным потерям, вводимым в резонатор установкой эталонного образца с известным коэффициентом поглощения, основанный на измерении спектральной плотности энергии генерации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения калибровки в широком диапазоне изменения рабочих режимов генерации, в качестве эталонного образца используют двулучепреломляющий элемент и поляризатор, установленные на оптической оси резонатора, двулучепреломляющий элемент вращают вокруг его оптической оси, при этом селективные потери определяют по ориентации двулучепреломляющего элемента.

1103661 2

Изобретение относится к измерй= тельной технике и может быть использовано при измерении физико-химических параметров различных веществ, B том числе в технике диагностики плазмы в плазмотронах,, МГД, реактивных движителях и т.п.

Известные способы калибровки внутрирезонаторных лазерных спектрометров основаны на введении в резонатор лазерного спектрометра эталонного образца, вносящего наперед заданные селективные потери. Калибровку спектрометра осуществляют путем измерения распределения энергии излучения по спектру генерации лазера, определения по этим данным глубины провала, который ставят в соответствие коэффициент поглощения эталонного образца. В качестве эталонного образца используют кювету с раствором азотнокислого европия в этиловом спирте.

Недостатком этого способа является низкая точность калибровки, обчсловленная, во-первых, тем; что введение опытного образца на время калибровки приводит. к изменению порога генерации лазерного спектрометра и, следовательно, полученные при калибровке данные не соответствуют режиму работы спектрометра при проведении измерений, .во-вторых, тем, что коэффициент поглощения в жидкостях зависит от мощности лазера. К недостаткам этого способа следует отнести также невозможность проведения калибровки на разных длинах волн, так как существует весьма ограниченный выбор растворов солей с достаточ,но узкой полосой поглощения менее

-1 нм.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ калибровки внутрирезонаторного лазерного спектрометра по селективным потерям, вводимым в резонатор установкой эталонного

-образца с известным коэффициентом поглощения, основанный на измерении спектральной плотности энергии генерации.

Недостатками этого способа является низкая точность„ обусловленная тем, что эталонный образец вводят только на время калибровки, и, следовательно, рабочий режим спектрометра не совпадает с режимом, при котором осуществляют калибровку. Другим недостатком является сложность калибровки в широком диапазоне изменений рабочих режимов спектрометра, поскольку для этого требуется исследование большого количества образцов жидкости с различными коэффициентами преломления.

Цель изобретения — повышение точ10 ности и упрощение калибровки в широком диапазоне изменения рабочих режимов лазерного спектрометра.

Это достигается благодаря тому, что в способе калибровки внутрирезо15 наторного лазерного спектрометра по селективным потерям, вводимым в резонатор установкой эталонного образца с известным коэффициентом поглощения, основанном на измерении спект20 ральной плотности энергии генерации, в качестве эталонного образца используют двулучепреломляющий элемент и поляризатор, установленные на оптической оси резонатора, двулучепрелом25 ляющий элемент вращают вокруг его оптической оси, при этом селективные потери определяют по ориентации двулучепреломляющего элемента.

На фиг. 1 приведена схема лазерного спектрометра с устройством для калибровки; на фиг. 2 — калибровочная зависимость.

Спектрометр состоит из резонатора, образованного зеркалами 1 и 2, активного элемента 3, через который прокачивается раствор органического красителя, например родамина СЖ, двулучепреломляющего элемента 4, например кристалла КДР, и поляриза40 тора 5. Элемент или резонатор 5 установлены с возможностью изменения ориентации их оптических осей относительно друг друга. В частном случае поляризатор 5 установлен непод45 вижно, а элемент 4 — во вращающейся оправке 6 с.угломерной шкалой. Лазерное излучение анализируют спектрографом 7. Барокамера 8 с плазмой установлена между активным элементом

3 и двулучепреломляющим элементом.4.

В качестве активного элемента 3 используют раствор родамина в эталоне, в качестве элемента 4 — кристалл

КДР толщиной d = 38 мм (т.е. Au)

1/2 d d п = 3 ? см) в качестве по55 ляризатора 5 призма Глана-Фуко из исландского шпата. Длина L резонатора -80 см, длительность импульса генерации равна 2 мкс (по основанию, K = 49 si.ï2 2TI d Лп/1

ВНИИПИ Заказ 1б29/5 Тираж 778 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 форма импульса колоколообразная).

Калибровку проводят на длине волны

; = 580 мм, что соответствует и =

= 0,041. В полосе Аи3 величину коэффициента К поглощения в зависимости: от длины волны для малых углов рассчитывают по формуле

В начальный момент времени эле:мент 4 устанавливают в положение, . при котором в спектре генерации отсутствуют провалы интенсивности, т.е. в положение, соответствующее углу Я = 0 . Затем элемент 4 поворачивают на угол @, при котором максимальный коэффициент поглощения К

402 в 1,5-2 раза превышает коэффициент поглощения плазмы. Для исследований плазмы с коэффициентом поглощения 10 — 30 угол 9 выбирают равным (1-3), например 1,4, что соответствует К = 2 4 ° 10 ° По ах ворот элемента 4 приводит к изменению интенсивности и, соответственно, энергии генерации в зависимости от длины волны по периодическому закону с периодом Л 1 . Измеряют максимальное значение I,, энергии и изменение ее Л Ig ) — в полосе g /2, по которым рассчитывают величину 8 = 6I9) /I, для разных 3 . После этого решают трансцендентное уравнение 1 - 8 =

03661,4

1-ехр (— К(h)1 еч.д †вЂ, ппределяяя яяачення К(Л) для разных значений Л К() я.

Сакэя

К(Ь), где С вЂ” скорость света, л — эффективная длительность генерации импульсе.

По полученным данным строят калибровочные графики зависимости К()

1О от K(h) (см. фиг. 2). Тангенс чгла наклона этой прямой, равной Ct+L, определяет коэффициент увеличения чувствительности лазерного внутри резонаторного спектрометра. В приве15 денном примере С з р/L = 450 (в то время как теоретический расчет даст неверное значение, равное 750).

После проведения калибровки поляризатор устанавливают в положение, 20 соответствующее В = 0 и проводят измерения коэффициента поглощения спектральных линий плазмы в том же режиме генерации лазера.

При изменении режима генерации ла25 зера необходимо вновь провести калибровку, подбирая соответствующий угол 9

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом, явgg ляющимся одновременно и базовым объектом по отношению к предлагаемому способу, обеспечивает повышение точности и упрощение калибровки в широком диапазоне изменения рабочих режимов генерации.