Стационарно-волновая интегральная спектрометрия с преобразованием Фурье
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( август 2018 г. ) |
Спектрометрия с интегральным преобразованием Фурье со стационарной волной ( SWIFTS ) или интегральная спектрометрия с интегральным преобразованием Фурье со стоячей волной — это аналитический метод, используемый для измерения распределения света по оптическому спектру . Технология SWIFTS основана на архитектуре Липпмана ближнего поля . Оптический сигнал подается в волновод и заканчивается зеркалом (истинная конфигурация Липпмана). Входной сигнал интерферирует с отраженным сигналом, создавая стоячую или стационарную волну .
В архитектуре встречного распространения два оптических сигнала подаются на противоположные концы волновода. распространяющиеся Затухающие волны, внутри волновода, затем считываются оптическими датчиками. В результате получается интерферограмма . Математическая функция, известная как преобразование Липпмана, похожая на преобразование Фурье , позже используется для определения спектра света.
История
[ редактировать ]В 1891 году в Академии наук в Париже Габриэль Липпман представил цветную фотографию спектра Солнца, полученную с помощью его новой фотопластинки . [ 1 ] Позже, в 1894 году, он опубликовал статью о том, как его пластинка смогла записать информацию о цвете в глубину фотографического беззернистого желатина и как та же пластинка после обработки могла восстановить исходное цветное изображение просто за счет отражения света. [ 2 ] Таким образом, он был изобретателем настоящей интерференционной цветной фотографии . За это открытие он получил Нобелевскую премию по физике в 1908 году. К сожалению, этот принцип был слишком сложен для использования. От метода отказались через несколько лет после его открытия.
Один из аспектов концепции Липпмана, который в то время игнорировался, относится к спектроскопическим приложениям. В начале 1933 года Герберт Э. Айвс предложил использовать фотоэлектрическое устройство для исследования стоячих волн и проведения спектрометрических измерений. [ 3 ] В 1995 году П. Конн [ 4 ] предложил использовать новую технологию детекторов для трехмерной спектрометрии на основе Липпмана. первой реализации очень компактного спектрометра на основе микрооптоэлектромеханической системы После этого Книпп и др. сообщили о (МОЭМС). в 2005 году, [ 5 ] но у него было очень ограниченное спектральное разрешение. В 2004 году два французских исследователя, Этьен Ле Коарер из Университета Жозефа Фурье и Пьер Бенек из ИЯФ Гренобля , соединили чувствительные элементы с затухающей частью стоячих волн в одномодовом волноводе. В 2007 году эти два исследователя сообщили о методе ближнего поля для исследования интерферограммы внутри волновода. [ 6 ] Первые спектрометры на базе SWIFTS появились в 2011 году и основаны на линейной конфигурации SWIFTS.
Принцип технологии
[ редактировать ]Технология работает путем исследования оптической стоячей волны или суммы стоячих волн в случае полихроматического света, создаваемой анализируемым светом. В линейной конфигурации SWIFTS (истинная конфигурация Липпмана) стоячая волна создается одномодовым волноводом, заканчивающимся неподвижным зеркалом. Стационарная волна регулярно снимается на одной стороне волновода с помощью точек нанорассеяния. Эти точки расположены в исчезающем поле . Эти наноточки характеризуются разницей оптических показателей со средой, в которой находится исчезающее поле. Затем свет рассеивается вокруг оси, перпендикулярной волноводу. Для каждой точки этот рассеянный свет обнаруживается пикселем, совмещенным с этой осью. Таким образом, обнаруженная интенсивность пропорциональна интенсивности внутри волновода в точном месте расположения точки. В результате получается линейное изображение интерферограммы. Никакие движущиеся части не используются. Математическая функция, известная как преобразование Липпмана, аналогичная преобразованию Фурье, затем применяется к этому линейному изображению и дает спектр света.
Интерферограмма усечена. Отбираются только частоты, соответствующие нулевой оптической разности хода на зеркале, вплоть до самых дальних точек. Высокие частоты отвергаются. Усечение этой интерферограммы определяет спектральное разрешение . Интерферограмма недостаточно дискретизирована. Следствием такой недостаточной выборки является ограничение полосы пропускания длины волны, к которой применяется математическая функция.
Технология SWIFTS демонстрирует преимущество Fellgett , которое связано с тем, что интерферометр измеряет длины волн одновременно с одними и теми же элементами детектора, тогда как дисперсионный спектрометр измеряет их последовательно. Преимущество Феллгетта также заключается в том, что при сборе спектра, в шуме измерения которого преобладает шум детектора, мультиплексный спектрометр, такой как спектрометр с преобразованием Фурье, будет давать относительное улучшение отношения сигнал/шум по сравнению с эквивалентным сканирующим монохроматором . что примерно равно квадратному корню из количества точек выборки, составляющих спектр. заключается Преимущество Конна в том, что шкала волновых чисел интерферометра, полученная на основе гелий-неонового лазера , является более точной и имеет лучшую долговременную стабильность, чем калибровка дисперсионных приборов.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Г. Липпманн: Comptes Rendus de l'Académie des Sciences , Париж, 112 (1891), 274
- ^ Г. Липпманн: Comptes Rendus de l'Académie des Sciences , Париж (1894), 92
- ^ Герберт Э. Айвз , Стоячие световые волны, повторение эксперимента Винера с использованием поверхности фотоэлектрического зонда , JOSA, 1933, 23, стр. 73–83 два : 10.1364/JOSA.23.000073
- ^ П. Конн, Э. ле Коарер, 3-D спектроскопия: историческая и логическая точка зрения. Коллоквиум МАС , том. 149, стр. 38–49, Марсель, 22–25 марта 1994 г.
- ^ Д. Книпп, Спектрометры уменьшаются , Nature Photonics, 2007, стр. 1, 8, 444 и 445.
- ^ Э. ле Коарер, С. Блез, П. Бенек, И. Стефанон, А. Моран, Г. Лерондель, Г. Леблон, П. Керн, Ж.-М. Федели, П. Ройер, Интегральная стационарная волновая спектрометрия с преобразованием Фурье , Nature Photonics (2007), 1, 8, 473–478.