Корреляционный спектроанализатор протяженных источников излучения

 

Изобретение относится к области оптической спектрометрии и может быть использовано в области спектрального анализа объектов. Для анализа спектров источников без процедуры сканирования по поверхности источника имеется входная маска, пропускающая через себя излучение источника, причем ее автокорреляционный сигнал имеет высокую степень локализации и используется в качестве элемента разрешения. Ввиду того, что на голографическом фильтре записана информация о входной маске, при освещении такого фильтра излучением протяженного источника, прошедшего через маску, будет формироваться сигнал, состоящий из локализованных автокорреляционных сигналов входной маски, на каждой из длин волн, содержащихся в спектре излучения источника. Этот сигнал представляет собой картину спектрального состава источника. Техническим результатом изобретения является получение спектрального состава протяженного источника без процедуры сканирования. 4 ил.

Изобретение относится к оптической обработке информации и может быть использовано в системах спектрального анализа объектов.

Известно устройство, описанное в книге "Оптика", Г.С. Ландсберга (М., Наука, 1976, стр. 338), которое включает расположенные на одной оптической оси источник излучения, входную щель, объектив, призму, служащую диспергирующим элементом в данном устройстве.

Известно также устройство, описанное в книге "Введение в экспериментальную спектроскопию", В. И. Малышева (М., Наука, 1979, стр.17), которое включает расположенные на одной оптической оси источник излучения, входную щель, объектив, дифракционную решетку, служащую диспергирующим элементом в данном устройстве, являющееся наиболее близким техническим решением предлагаемому изобретению, т. е. прототипом. При проведении анализа эмиссионных спектров протяженных источников излучения в таком устройстве необходима процедура сканирования по поверхности источника, что замедляет процесс анализа.

Задачей данного изобретения является получение спектрального состава протяженного источника излучения без применения процедуры сканирования по поверхности источника.

Это достигается тем, что в корреляционном спектроанализаторе протяженных источников излучения, содержащем расположенные на одной оптической оси протяженный источник излучения, входную щель, Фурье-объектив, диспергирующий элемент, входная щель выполнена в виде входной пространственной масштабно-инвариантной маски, диспергирующий элемент выполнен в виде голографического Фурье-фильтра, пространственная масштабно-инвариантная маска расположена в передней фокальной плоскости Фурье-объектива, а голографический Фурье-фильтр расположен в задней фокальной плоскости Фурье-объектива, при этом голографический Фурье-фильтр выполнен с записью информации о пространственной масштабно-инвариантной маске.

На чертеже представлен пример реализации корреляционного спектроанализатора протяженных источников излучения.

Устройство содержит расположенные на одной оптической оси протяженный источник излучения 1, входную пространственную масштабно-инвариантную маску 2, расположенную в передней фокальной плоскости Фурье-объектива 3, топографический Фурье-фильтр 4, выполненный с записью информации об объекте, который используется в качестве входной маски в устройстве и расположенный в задней фокальной плоскости Фурье-объектива 3.

Данное устройство работает следующим образом.

Излучение от протяженного источника 1 проходит через входную пространственную масштабно-инвариантную маску 2, расположенную в передней фокальной плоскости Фурье-объектива 3, фокусируется Фурье-объективом 3 на голографичсский Фурье-фильтр 4, расположенный в задней фокальной плоскости Фурье-объектива 3. В данном устройстве для анализа эмиссионных спектров протяженных источников излучения без процедуры сканирования по поверхности источника используется входная пространственная маска 2, пропускающая через себя излучение со всей поверхности источника. Маска 2 обладает инвариантностью к изменению масштаба и выполнена таким образом, что ее автокорреляционный сигнал имеет высокую степень локализации и используется в спектроанализаторе в качестве элемента разрешения. На фиг. 2 показан пример применяемой маски 2, на фиг. 3 приведен автокореляционный сигнал маски 2 (фиг. 2), использующийся в устройстве в качестве элемента разрешения. На голографический Фурье-фильтр 4 записывается информация об объекте, который используется в качестве входной маски 2 в устройстве. Такая запись осуществляется по схеме записи Фурье-голограммы в проходящих пучках (Кольер Р., Берхарт К., Лин Л. Оптическая голография, М., Мир, 1973, с.237). Ввиду того, что на фильтре 4 записана информация об объекте, который используется в качестве входной маски 2, при освещении такого фильтра излучением протяженного источника 1, прошедшего через входную масштабно-инвариантную маску 2, в выходной плоскости устройства будет формироваться сигнал, состоящий из локализованных автокорреляционных сигналов объекта, использующегося в качестве маски 2, на каждой из длин волн, содержащихся в спектре излучения протяженного источника. Интенсивность сигнала имеет вид: где f(x₀, y₀) - описывает пространственные характеристики входной маски, u(λ) - описывает спектральные характеристики источника излучения. Этот сигнал, представляющий собой картину спектрального состава протяженного источника излучения, можно наблюдать после фильтра 4, например, визуально или с помощью телекамеры и компьютера, при этом разрешение устройства определяется размером корреляционного сигнала объекта, использующегося в качестве маски 2. На фиг. 4 показан сигнал, представляющий собой картину спектрального состава протяженного источника излучения, получаемый в данном устройстве при использовании в качестве источника излучения ртутной лампы.

Применение такой пространственной маски и согласованного с ней голографического Фурье-фильтра позволяет при анализе эмиссионных спектров протяженных источников излучения исключить процедуру сканирования по поверхности источника, при этом разрешение устройства по сравнению с аналогами не ухудшается.

Формула изобретения

Корреляционный спектроанализатор протяженных источников излучения, содержащий расположенные на одной оптической оси протяженный источник излучения, входную щель, Фурье-объектив, диспергирующий элемент, отличающийся тем, что входная щель выполнена в виде входной пространственной масштабно-инвариантной маски, диспергирующий элемент выполнен в виде голографического Фурье-фильтра, при этом пространственная масштабно-инвариантная маска расположена в передней фокальной плоскости Фурье-объектива, а голографический Фурье-фильтр расположен в задней фокальной плоскости Фурье-объектива, при этом голографический Фурье-фильтр выполнен с записью информации о пространственной масштабно-инвариантной маске.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4