Устройство для измерения флуктуаций рассеянного излучения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФЛУКТУАЦИИ РАССЕЯНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее лазер и расположенные последовательно за исспёдуемым объектом ; формирователь излучения, фотоэлектронный приемник и регистратор, о тл и ч .а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения т^очности и оперативности измерений' и расширения диапазона измеряемых времен корреляции, перед фотоэлектронным приемником введен фильтр-м^ска, пространственное распределение пропускания которрго связано с начальным пространственным распределением интенсивности рассеянного излучения.•^^со о^ ю

(1И (И) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(5Р 0 01 J 1 22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

3Я

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К,АВТОРСКОМУ- СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2626396/18-25 (22) 12 ° 06.78 (46) 15.02.84. Бюл. У 6 (72) М.Л.Гурари, И.И.Лущиков и В.К.Сахаров (53) 535.242.2(088.8) (56) 1. Церина Я. Когерентность света. M., 1974, с. 341.

2, Эж.Венедек. Спектроскопия оптического смещения УФН, т. 106, 1972, с. 483 (прототип). (5 4 ) (57 ) УСГ РОЙСУ ВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ФЛУКГУАЦИЙ РАССЕЯНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее лазер и расположенные последовательно за исследуемым объектом формирователь излучения, фотоэлектронный приемник и регистратор, о тл и чающее с я тем, что, с целью увеличения точности и оперативности йзмерений и расширения диапазона измеряемых времен корреляции, перед фотоэлектронным приемником введен фильтр-маска, пространственное распределение пропускания которого связано с начальным пространственным распределением интенсивности рассеянного излучения.

717962

Изобретение касается методов и приборов статистической оптики, корреляционных спектрометров сверхвысокого разрешения и позволяет измерять флуктуирующие во времени параметры излучения. †5

Для измерения флуктуации интенсивности рассеянного излучения в настоящее время используются устройства, состоящие из фотоприемника "и электронного блока обработки и ана- 30 лиза сигналов тока от фотоприемника, содержащих информацию об исследуемом излучении (1) .

Недостатком таких устройств является то, что отношение сигнал:шум на выходе в общем случае имеет малую величину и поэтому используется сложйая прецизионная электронная техника.

Увеличение отношения сигналгшум на выходе известных корреляционных спектрометров, а также усреднение результата измерения производится путем накопления результатов" во времени. Исследоваться могут световые поля со. временами корреляции в диапазоне от 10 " с до единиц секунд.

Наиболее бЛйзким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее лазер, расположенные последовательно за исследу- 30 емым объектом формирователь излучения, фотоэлектронный приемник и регистратор t2J .

Недостатком данного устройства является то, что время измерения . 35 должно составлять большую величину, чтобы обеспечить достаточно высокое значение отношения сигнал:шум .

Целью изобретения является увеличение точности и оперативности изме- 40 рений и расширение диапазона измеряемых времен корреляции °

Цель достигается тем, что в спект,рометр перед фотоэлектронным приемником введен фильтр-маска, простран ственное распределение пропускания 45 которого связано с начальным пространственным распределением интенсивности рассеянного излучения.

На чертеже приведена схема предлаГаемого устройства " " " 50

Устройство содержит лазер 1, излу.ение которого направляется на исследуеьий объект 2. Далее по ходу распространения рассеянного под углом

9 и исследуемого излучения располагается формирователь излучения, выполненный из объектива 3 и диафрагмы 4, фильтр-маска 5, выполненного в виде транспоранта. Фотоэлектроййый прйемник светового излучения 6 и регистратор 7. Фильтр-маска 5 представляет 60 собой фотопластину с записанной на ней картиной поля интенсивности рассеянного излучения от исследуемого объекта. Регистратор 7 - обычный .потенциометр-самописец.. 65

Устройство работает следующим образом.

Луч лазера 1 направляют на исследуемый обьект 2. Рассеяное под углом

9 излучение собирается объективом 3, проходит диафрагму 4 и фильтр-маску

5 и.подает на поверхность фотоэлектронного приемника 6. Перед началом измерения на фильтре-маске 5 за время экспонирования .,- значительно меньшее времени корреляции 1 исследуемого излучения 1 „„с . регистри руют рспределение поля интенсивности рассеяного излучения. После окончания записи и обработки фотопластины коэффициент пропускания ее пропорционален в каждой точке зарегистрированной начальной интенсивности.

Сразу после этого начинают измерение: излучение лазера 1 вновь направляется на объект 2, рассеянное излучение прбходит объектив 3, диафрагму 4, запоминающий фильтр-маску 5 и попадает на фотоэлектронный приемник 6. Ток фотоэлектронного приемника 6 пишется на ленте потенциометра-самописца 7.

Измеряемую величину фототока, как следует из описания работы данного устройства, можно записать в виде .

ы.

Ь () =C .K.1 (о) i g ) (1 )

1 1 где i (0) — интенсивность рассеянного излучения в j -той зоне когерентнодти на поверхности фильтра-маски 5

B момент получения его = 0,((с )— то же самое, но в текущий момейт времени <, б -некоторая постоянная: суммирование производится по всем К зонам когерентности на поверхности фильтра-маски.

Измеряемая величина 8" (о) в пределе при К <юявляется коррекляционной функцией интенсивности рассеянного излучения 8 ()= (t) ° (Ь . т.е. можно записать

Ь" (".) - В (), 2)

Оценим величину отношения сигнал: шум для рассматриваемого устройства, интенсивности рассеянного излучения в каждой } -той когерентности можно

-представить суммой усредненного значения:этой величины и флуктуирующей части ()- с1 () $j> (С). Полагая, что для всех площадок когерентности средние значения интенсивности равны с1 () ъ, а флуктуации для двух различнйх площадей нескоррелированы:

3 Мань) =0 fk (3) функция корреляции }}» (ь ) принимает вид: (4) ! 8SLt) S}(t ai)» О 1 () >

717962

Техред М.Тепер

Редактор О. Юркова

Корректор О. Тигор

Заказ 1105/4 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Второи член в скобках правой части (4 ) )определяет величину "сигнала" данного устройства. Сравнение выраже;ния (4) с аналогичным для прототипа

f2) показывает, что сигнал данного устройства увеличился в N раэ, соответственно возросло,и отношение величины сигнал:шум.

В качестве запоминающего фильтрамаски 5, как отмечалось, используется фотопластинка. С ее помощью может 10 измеряться корреляционная функция интенсивности со временами корреляции „ в.диапазоне от единиц секунд (время быстрой обработки фотопластинки) до 10 с и выше (время ста- $5 бильности оптической схемы устройства).

Схема измерения флуктуаций рассеянного излучения, приведенная на чер теже, может быть изменена при исследовании слаборассеивающих обьектов.

В этом случае запоминающим фильтроммаской 5 и фотоэлектронным приемником 6 помещается электронно-оптический преобразователь, осуществляющий усиление проходящего через транспарант излучения.

Вместо фотопластинки может использоваться другой элемент, запоминающий и модулирующий соответствующим образом проходящее излучение. Цель такой замены - увеличить быстродействие запоминающего фильтра-транспаранта, и тем саьым расширить диапазон измерений времен корреляции ь„. в !

ñòîðoíó. малых времен - до 10

10 c Это достигается с пбмощью запоминающего фильтра-транспаранта, выполненного в виде оптико-электронного устройства с пластиной из электрооптического кристалла, безынерционным элементом памяти.

Как видно иэ приведенного описа. ния, данное устройство имеет следу.ющие преимущества перед известными корреляционными спектрометрами, т.е, сокращает время измерения, увели- чивает отношение сигнал:шум на

° .выходе устройства, расширяет диапазон измеряемых времен корреляции.

Изобретение может найти применение при исследовании самых различ-, ных светорассеивающих обьектов, макромолекулярных растворов, биополимеров,,вязких пластмасс, флук туаций плотности вблизи критической точки и других.