СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ, приборы для исследования спектрального состава по длинам волн электромагнитных излучений в оптич. диапазоне (10^-3 - 10³ мкм‘, см. Спектры оптические), нахождения спектральных характеристик излучателей и объектов, взаимодействовавших с излучением, а также для спектрального анализа. С. п. различаются методами спектрометрии, приёмниками излучения, исследуемым (рабочим) диапазоном длин волн и др. характеристиками.

Принцип действия большинства С. п. можно пояснить с помощью имитатора, изображённого на рис. 1. Форма отвер-

Рис. 1. Результат измерений F() исследуемого спектра f() прибором с аппаратной функцией ( -‘ ) описывается интегралом F()= инт. а ( - ‘) f()d, называемым свёрткой функции f с функцией а. Процесс свёртки можно имитировать изменением площади отверстия при относительном перемещении (сканировании) экранов 1 и 2. Чем меньше ширина  функции а( - ‘), тем точнее прибор передаёт истинный контур f(). Тождество F() = f() достигается лишь при бесконечно узкой аппаратной функции ( -> 0).

стия в равномерно освещённом экране / соответствует функции f(), описывающей исследуемый спектр - распределение энергии излучения по длинам волн . Отверстие в экране 2 соответствует функции а( - ‘), описывающей способность С. п. выделять из светового потока узкие участки  в окрестности каждой ‘. Эту важнейшую характеристику С. п. наз. функцией пропускания, или аппаратной функцией (АФ). Процесс измерения спектра f() прибором с АФ ( - ‘) можно имитировать, регистрируя изменения светового потока, проходящего через отверстие, при перемещении (сканировании) экрана 2 относительно экрана /. Очевидно, чем меньше ширина АФ, тем точнее будет измерена форма контура спектра f(), тем более тонкая структура может быть в нём обнаружена.

Ширина АФ наряду с рабочим диапазоном  является осн. характеристикой С. п.; она определяет спектральное разрешение  и спектральную разрешающую способность R = /. Чем шире АФ, тем хуже разрешение (и меньше R), но больше поток излучения, пропускаемый прибором, т. е. больше оптич. сигнал и M - отношение сигнала к шуму. Шумы (случайные помехи), неизбежные в любых измерит, устройствах, в общем

случае пропорциональны корень(f) (f - полоса пропускания приёмного устройства). Чем шире f, тем выше быстродействие прибора и меньше время измерения, но больше шумы (меньше M). Взаимосвязь величин R, M, f определяется соотношением:

R^аM

(f) = К (). (1)

Показатели степени ос и  принимают различные положит, значения в зависимости от конкретного типа С. п. Константа К, зависящая только от , определяется конструктивными параметрами данного типа С. п. и накладывает ограничения на величины R, M, f. Кроме того, возможные значения R ограничиваются дифракцией света, аберрациями оптических систем, а значения f - инерционностью приёмно-регистрирующей части С. п.

Рассмотренный с помощью рис. 1 принцип действия С. п. относится к однока-нальным методам спектрометрии. Наряду с ними широко распространены многоканальные методы, в к-рых сканирование не применяется и излучения различных  регистрируются одновременно. Это соответствует наложению на экран 1 неподвижного экрана с вырезанными N контурами АФ для разных  при независимой регистрации потоков от каждого отверстия (канала).

Общая классификация методов спектрометрии, являющихся основой различных схем и конструкций С. п., представлена на рис. 2. Классификация дана по двум осн. признакам - числу каналов и физ. методам выделения  в пространстве или времени. Исторически первыми и наиболее распространёнными являются методы пространственного разделения  (селективной фильтрации), к-рыеназ. "классическими" (группы 1 и 2 на рис. 2). В одноканальных С. п. (группа 1) исследуемый поток со спектром f() посылается на спектрально-селективный фильтр, который выделяет из потока нек-рые интервалы  в окрестности каждой ‘ и может перестраиваться (непрерывно или дискретно), осуществляя сканирование спектра во времени по нек-рому закону ‘ (t). Выделенные компоненты  посылаются на приёмник излучения, запись сигналов к-рого даёт функцию времени F(t)· Переход от аргумента t к аргументу  даёт функцию F() - наблюдаемый спектр.

В многоканальных С. п. (группа 2) информация об исследуемом спектре получается путём одновременной регистрации (без сканирования по ) неск. приёмниками потоков излучения разных длин волн (‘, ", ‘", ...). Последние выделяют, напр., набором узкополосных фильтров или многощелевыми монохроматорами (полихоматорами). Если расстояние между каналами не превышает  и число каналов N достаточно велико, то получаемая

Рис. 2. Классификация методов спектрометрии по способам разделения длин волн. Контуры шириной  символически изображают аппаратные функции (АФ). В "классических" методах (1 и 2) эти контуры описывают способность прибора пространственно разделять длины волн. В "новых" методах (Л и 4) АФ описывают способность прибора электрически разделять длины волн, кодированные различным образом в оптической части. В одноканальных методах (J и

3) применяется сканирование (символ-О" в многоканальных (2 и 4) сканирование отсутствует, и измерение интенсивностей излучения ряда длин волн ‘, ", ‘‘‘,... производится одновременно. Внутри каждой группы указаны краткие названия основных типов спектральных приборов, относящихся к данной группе.

информация аналогична содержащейся в записи спектра на сканирующем одноканальном приборе (при тех же , одинаковых приёмниках и пр. равных условиях), но время измерения может быть сокращено в N раз. Наибольшая многоканальность достигается применением многоэлементных фотоэлектрич. приёмников излучения и фотографич. материалов (в спектрографах).

Принципиальной основой "новых" методов (группы 3 и 4 на рис. 2), получивших развитие с середины 60-х гг., является селективная модуляция, при к-рой функция разделения  переносится из оптической в электрическую часть прибора.

В простейшем одноканальном приборе группы 3 исследуемый поток со спектром f () посылается на спектрально-селективный модулятор, способный модулировать нек-рой частотой f_a = const лишь интервал  в окрестности ‘, оставляя остальной поток немодулированным. Сканирование ‘ (f) производится перестройкой модулятора таким образом, чтобы различные  последовательно модулировались частотой f₀. Выделяя составляющую f₀в сигнале приёмника с помощью электрич. фильтра, получают функцию времени F(t), значения к-рой пропорциональны соответствующим интенсивностям в спектре f ().

Многоканальные системы с селективной модуляцией (группа 4) основаны на операции мультиплексирования (multiplexing) - одновременном приёме излучения от многих спектральных элементов  в кодированной форме одним приёмником. Это обеспечивается тем, что длины волн ‘, ", ‘",... одновременно модулируются разными частотами f‘, f", f"‘, ... и суперпозиция соответствующих потоков в приёмнике излучения даёт сложный сигнал, частотный спектр к-рого по f несёт информацию об исследуемом спектре по . При небольшом числе каналов компоненты f‘, f",f"‘,... выделяются из сигнала с помощью электрич.

фильтров. По мере увеличения числа каналов гармонический анализ сигнала усложняется. В предельном случае интерференционной модуляции искомый спектр f() можно получить фурьепреобразованием регистрируемой интерферограммы (см. Фурье-спектроскопия). Среди др. возможных способов многоканального кодирования получили практическое применение маски-матрицы Адамара (см. ниже).

За рамками классификации, приведённой на рис. 2, остаются лишь методы, использующие почти монохроматич. излучение перестраиваемых лазеров (см. Спектроскопия лазерная).

Все рассмотренные группы методов спектрометрии нашли практич. воплощение в конструкциях С. п., но относит, распространённость их различна. Напр., спектрометры си сам, относящиеся к группе 3, осуществлены лишь в неск. лабораторных экспериментальных установках, а классич. приборы на основе монохроматоров получили повсеместное распространение как осн. средство анализа структуры и состава веществ. Рассмотрим наиболее распространённые типы С. п., следуя приведённой классификации.

1. Одноканальные С. п. с пространственным разделением длин волн

Основой схемы приборов этой группы (рис. 3) является диспергирующий элемент (дифракционная решётка, зшелетт, интерферометр Фабри - Перо, призма), обладающий угловой дисперсией /. Он позволяет развернуть в фокальной плоскости Ф изображение входной щели Щ в излучении разных длин волн. Объективами O₁ и O₂ обычно служат сферич. или параболич. зеркала, т. к. их фокусные расстояния не зависят от  (в отличие от линзовых систем). Одноканальные схемы имеют в фокальной плоскости Ф одну выходную щель и наз. монохроматорами. Сканирование по  осуществляется, как правило, поворотом диспергирующего

элемента или вспомогательного зеркала. В простейших монохроматорах вместо решёток и призм применяются циркулярно-клиновые светофильтры с непрерывной перестройкой узкой полосы пропускания или наборы узкополосных светофильтров, дающие ряд дискретных отсчётов для разных  .

Рис. 3. Принципиальная оптическая схема спектрального прибора с пространственным разделением длин волн с помощью угловой дисперсии: / - коллиматор с входной щелью Щ и объективом О, фокусное расстояние которого Ct; 2 - диспергирующий элемент, обладающий угловой дисперсией /; 3 - фокусирующая система (камера) С_ц объективом О2, создающим в фокальной плоскости Ф изображения входной щели в излучен нии разных длин волн с линейной диспер-сией x/. Если в плоскости Ф установлена одна выходная щель, то прибор называется монохроматором, если несколько - полихроматором, если фото-чувствительный слой (или глаз) - спектрографом (или спектроскопом).

На основе монохроматоров строятся однолучевые и двухлучевые спектрометры. Для однолучевых С. п. (рис. 4) характерно последовательное соединение функциональных элементов. В случае измерения спектров пропускания или отражения обычно используется встроенный источник сплошного спектра излучения; для измерения спектров внешних излучателей предусматриваются соответствующие осветители. Для С. п. этого типа соотношение (1) обычно имеет

вид: R²M корень(f) = К (), и накладываемые им ограничения на R и f играют осн. роль в инфракрасной (ИК) области, где яркости источников быстро уменьшаются и значения К малы. В видимой и ближней ИК-областях энергетич. ограничения играют меньшую роль и рабочие значения R могут приближаться к дифракционному пределу (напр.,

Рис. 4. Блок-схема однолучевого одноканального спектрального прибора: И - источник излучения: M - оптический модулятор (обтюратор); О - исследуемый образец; Ф - сканирующий фильтр (vjнохроматор); Я - фотоэлектрический приёмник излучения; У - усилитель и преобразователь сигналов приёмника; P - аналоговый или цифровой регистратор.

в С. п. с дифракционными решётками к значению R_диф = 2kvLsin, где k - кратность дифракции,  = 1/ - волновое число, L - ширина решётки,  - угол дифракции).

Двухлучевые схемы характерны для спектрофотометров. Рассмотрим типичные приборы группы 1.

Спектрометры высокого разрешения

для исследований структуры атомных и молекулярных спектров представляют собой стационарные лабораторные установки, работающие по схеме, приведённой на рис. 4. Их длиннофокусные (до 6 м) монохроматоры помещаются в вакуумные корпуса (для устранения атмосферного поглощения) и располагаются в виброзащищённых и термостабилизированных помещениях. В этих приборах используется 2- и 4-кратная дифракция на больших эшелеттах, применяются высокочувствительные охлаждаемые приемники, что позволяет достигать в спектрах поглощения значений R = 2*10⁵ при  = 3 мкм. Для выявления ещё более тонкой структуры в схему вводят интерферометры Фабри - Перо, в к-рых сканирование по  в пределах узкого диапазона производится изменением давления в зазоре или изменением величины зазора с помощью пьезодвигатслей, а щелевой монохроматор используется лишь для предварительного выбора спектрального диапазона и разделения налагающихся порядков интерференции. Такие приборы наз. спектрометрами Фабри - Перо; они позволяют в видимой области получать R = 10⁶.

Двухлучевые спектрофотометры (СФ) В двухлучевых оптич. схемах поток от источника разделяется на два пучка - основной и пучок сравнения (референтный). Чаще всего применяется двухлуче-вая схема "оптического нуля" (рис. 5),

Рис. 5. Схема "оптического нуля" двухлучевого одноканального спектрофотометра: К - оптический клин; остальные обозначения аналогичны приведённым на рис. 4.

представляющая собой систему автоматич. регулирования с обратной связью. При равенстве потоков в двух пучках фотометра, попеременно посылаемых модулятором M на входную щель монохроматора Ф, система находится в равновесии, клин К неподвижен. При изменении длины волны пропускание образца меняется и равновесие нарушается - возникает сигнал разбаланса, к-рый усиливается и подаётся на сервомотор, управляющий движением клина и связанным с ним регистратором P (самописцем). Клин перемещается до тех пор, пока вносимое им ослабление референтного потока не компенсирует ослабления, вносимого образцом О. Диапазон перемещения клина от полного закрытия до полного открытия согласуется со шкалой (от О до 100%) регистратора коэффициента пропускания образца. Обычно СФ записывает спектры на бланках с двумерной шкалой, где абсциссой служат длины волн  или волновые числа  (в см^-1), ординатой - значения коэфф. пропускания T (в %) или оптич. плотности D = - lgT (здесь 0<= T<=l).

Многочисленные модели СФ, выпускаемые серийно фирмами MH. стран, можно разделить на 3 осн. класса: сложные универсальные С Ф для науч. исследований (R= 10³ - 10⁴), приборы среднего класса (R = 10³) и простые, ч рутинные", СФ (R = 100-300). В СФ 1-го класса предусмотрена автоматич. смена реплик, источников, приёмников, что

Рис. 6. Инфракрасный двухлучевой спектрофотометр ИКС-29 среднего класса, автоматически регистрирующий спектры пропускания T(V) (или отражения при введении в прибор специальных приставок). Рабочий диапазон 4000 - 400 см~¹ (2,5 - 25 мкм), погрешности измерений T = ±1%,  ж ± 1 см^-1 при R ж 1000 (в середине рабочего диапазона). Источник излучения - силитовый стержень (глобар), нагреваемый до 1400 ⁰C, располагается в отсеке 1; 2 - кюветное отделение двухлучевого фотометра с двумя держателями образцов; 3 - отсек монохроматора, работающего на двух сменных репликах, и приёмника - болометра БМК-3. Сверху (4) размещён самописец и система управления прибором.

позволяет охватить широкий спектральный диапазон. Наиболее распространены диапазоны 0,19-3 мкм, 2,5-50 мкм и 20-330 мкм. Конструкции этих СФ обеспечивают широкий выбор значений R, M, f, скоростей и масштабов регистрации спектров различных объектов. В приборах среднего класса (рис. 6) используемый спектральный диапазон меньше и выбор режимов ограничен. В простых СФ предусматриваются обычно 1-2 стандартных режима с простейшим управлением "пуск - стоп"; это переносные приборы массой 20-40 кг.

Кроме СФ, работающих по схеме "оптич. нуля", существуют прецизионные СФ, построенные по схеме "электрич. отношения". В них световые пучки двухлучевого фотометра модулируются различными частотами (или фазами) и отношение потоков определяется в электрич. части прибора. В конструкции спец. типов СФ вводят микроскопы (микроспектрофотометры), устройства для исследований спектров флуоресценции (спектрофлуориметры), поляризации (спектрополяриметры), дисперсии показателя преломления (спектрорефрактометры), измерений яркости внешних излучателей по сравнению с эталонным (спектрорадиометры). Автоматич. С Ф являются осн. приборами для исследований спектральных характеристик веществ и материалов и для абсорбционного спектрального анализа в лабораториях.

Однолучевые нерегистрирующие спектрофотометры - обычно простые и относительно дешёвые приборы для области 0,19-1,1 мкм, схема к-рых аналогична приведённой на рис. 4. Нужная длина волны в них устанавливается вручную; образец и эталон, относительно к-рого измеряется пропускание или отражение, последовательно вводятся в световой пучок. Отсчёт снимается визуально по стрелочному или цифровому прибору. Для увеличения производительности СФ оснащаются устройствами цифропечати и автоматич. подачи образцов.

Спектрометры комбинационного рассеяния могут быть однолучевыми и двухлучевыми. Источником излучения в них обычно служат лазеры, а для наблюдения комбинационных частот (см. Комбинационное рассеяние света) и подавления фона, создаваемого первичным излучением, применяются двойные и тройные монохроматоры, а также голографические дифракционные решётки. Приборы снабжаются устройствами для наблюдения комбинационного рассеяния в жидкостях, кристаллах, порошках под разными углами и "на просвет". В лучших приборах отношение фона к полезному сигналу снижено до 10^-15 и комбинационные частоты могут наблюдаться на расстояниях ~ неск. см^-1от возбуждающей линии.

Скоростные спектрометры (хроно-спектрометры) работают по схеме, приведённой на рис. 4, но, в отличие от предыдущих, их снабжают устройствами быстрого циклического сканирования и широкополосными (f до 10⁷гц) приёмно-регистрирующими системами. Для исследований кинетики реакций сканирование ведётся с малой скважностью, к-рая достигается, напр., методом "бегущей щели": вместо выходной щели в фокальной плоскости устанавливается быстро вращающийся диск с большим числом радиальных прорезей. Таким путём получают до 10⁴ спектров в сек. Если время жизни объекта слишком мало для кинетич. исследований, применяют более быстрое сканирование вращающимися зеркалами, это приводит к большой скважности и требует синхронизации начала процесса с моментом прохождения спектра по щели. К скоростным спектрометрам относятся спектровизор СПВ-У (регистрирующий до 500 спектров в сек в видимой области) и скоростной ИК-спектрометр ИКСС-1 (ИКС-20) с регулируемым спектральным диапазоном в пределах интервала 1-6 мкм и скоростями записи от 1 до 100 спектров в сек.

2. Многоканальные С. п. с пространственным разделением длин волн

Сканирование в этой группе приборов не применяется, дискретный ряд длин волн (в полихроматорах) или участки непрерывного спектра (в спектрографах) регистрируются одновременно, и оптич. часть строится обычно по схеме, приведённой на рис. 3. Если же вместо системы, создающей угловую дисперсию, применяется набор узкополосных светофильтров, прибор обычно относят к фотометрам.

Многоканальные С. п. широко используются для спектрального анализа состава веществ по выбранным аналитич. длинам волн . По мере увеличения числа каналов появляется возможность изучения спектральных распределений f(). Рассмотрим наиболее типичные приборы данной группы (в порядке возрастания числа каналов).

Пламенные (атомно-абсорбционные) спектрофотометры имеют обычно одиндва канала регистрации. Они измеряют интенсивности линий абсорбции (эмиссии, флуоресценции) атомов элементов в пламени спец. горелок или других "атомизаторов". В простых конструкциях аналитич.  выделяются узкополосными фильтрами (пламенные фото-

метры), в приборах более высокого класса применяются полихроматоры или монохроматоры, к-рые можно переключать на различные длины волн. Приборы данного типа используют в спектральном анализе для определения большинства элементов периодич. системы. Они обеспечивают высокую избирательность и чувствительность до 10^-14 г.

Квантометры - фотоэлектрич. установки для пром. спектрального анализа (рис. 7). Они строятся на основе полихроматоров; выходные щели полихроматора выделяют из спектра излучения исследуемого вещества аналитич. линии и линии сравнения, соответствующие потоки посылаются на приёмники (фотоумножители), установленные у каждой щели. Фототоки приёмников заряжают накопительные конденсаторы; величины их зарядов, накопленные за время экспозиции, служат мерой интенсивностей линий, к-рые пропорциональны концентрациям элементов в пробе. Существующие модели квантометров различаются рабочими диапазонами спектра (внутри области 0,17 - 1 мкм), числом одновременно работающих каналов (от 2 до 80), степенью автоматизации, способами возбуждения спектров (дуга, искра, лазер). Они применяются для экспрессного анализа химич. состава сталей и сплавов в чёрной и цветной металлургии, металлич. примесей в отработанных смазочных маслах машин и двигателей для определения степени их износа и в др. задачах.

Спектрографы одновременно регистрируют протяжённые участки спектра, развёрнутого в фокальной плоскости Ф (рис. 3) на фотопластинках или фотоплёнках (фотографич. спектрографы), а также на экранах передающих телевизионных трубок, электронно оптических преобразователей с "запоминанием" изображений и т. п. При хорошей оптике число каналов ограничивается лишь разрешающей способностью (зернистостью) фотоматериалов или числом строк телевизионной развёртки. В видимой области спектра для визуальных методов спектрального анализа широко используются простые спектроскопы и стилоскопы, в к-рых приёмником является глаз.

Диапазон длин волн, в к-ром работают спектрографы, простирается от коротковолновой границы оптич. диапазона и постепенно расширяется в ИК-область по мере достижения всё более высокой фоточувствительности слоев и развития методов тепловидения. Типы спектрографов отличаются большим разнообразием - от простейших приборов настольного типа для учебных целей и компактных ракетных и спутниковых бортовых приборов для исследования спектров Солнца, звёзд, планет, туманностей до крупных астроспектрографов, работающих в сочетании с телескопами, и лабораторных 10-метровых вакуумных установок с большими плоскими и вогнутыми дифракционными решётками для исследований тонкой структуры спектров атомов. Линейная дисперсия спектрографов (участок фокальной плоскости Длг, занимаемый интервалом длин волн ) может лежать в пределах от 10² до 10⁵ мм/мкм, светосила по освещённости (отношение освещённости в изображении входной щели к яркости источника, освещающего входную щель) - от ~0,5 в светосильных спектрографах до 10-³ и менее в длиннофокусных приборах большой дисперсии.

Скоростные многоканальные С. п. для исследований спектров быстропротекающих процессов конструируются путём сочетания спектрографа со скоростной кинокамерой (киноспектрографы), введения в схему прибора многогранных вращающихся зеркал для развертки спектров перпендикулярно направлению дисперсии, применения многоканальной регистрации с многоэлементными приёмниками и т. п. В этой области ещё нет установившейся терминологии; такие С. п. наз. хроноспектрографами, спектрохроно-графами, спектровизорами, скоростными спектрометрами.

3. Одноканальяые С. п. с селективной модуляцией

В приборах групп 3 к 4 на. рис. 2 вместо пространственного разделения длин волн применяют селективную модуляцию (кодирование) ; разделение  в этих приборах переносится из оптич. части в электрическую.

Растровые спектрометры создаются по общей для одноканальных С. п. блок-схеме (рис. 4), но в сканирующем монохроматоре щели заменяются рострами спец. формы (напр., гиперболическими; рис. 8). При работе входного растра попеременно в проходящем и отражённом свете возникает амплитудная модуляция излучения той  , для к-рой изображение входного растра совпадает с выходным растром. В излучении других  в результате угловой дисперсии изображения смещаются и амплитуда модуляции уменьшает-

Рис. 7. Вакуумный 24-канальный квантометр (заводское название - фотоэлектрическая установка) ДФС-41 для экспрессного и маркировочного анализа чугунов, простых и среднелегированных сталей на легирующие элементы, металлоиды и вредные примосн, аналитические линии которых расположены в вакуумной УФ- области: 1 - вакуумный полихроматор с вогнутой дифракционной решёткой с фокусным расстоянием, равным 1 м, рабочий диапазон 0,175- 0,38 мкм; 2- генератор искры ИВС-1 для возбуждения эмиссионных линий атомов в пробе; 3 - электронно - регистрирующее устройство ЭРУ-1; 4 - блок цифрового отсчёта. Время анализа 10 элементов около 2 мин.

Рис. 8. Гиперболический растр Жерара.

Темные полосы - зеркальные и растр

попеременно работает то в проходящем,

то в отражённом свете.

ся. T. о., ширина АФ  соответствует полупериоду растра. Растровые спектрометры дают по сравнению с щелевыми спектрометрами выигрыш в потоке (примерно в 100 раз при R = 30 000), однако их применение ограничено засветкой приемника потоком немодулированного излучения, а также сложностью изготовления растров и оптич. части системы.

Сисам - спектрометр интерференционный с селективной амплитудной модуляцией - строится на основе двухлучевого интерферометра, в к-ром концевые зеркала заменены синхронно поворачивающимися дифракционными решетками и введен модулятор по оптич. разности хода. В этом случае амплитудная модуляция накладывается только на интервал _диф , соответствующий дифракционному пределу в окрестности , к-рая удовлетворяет условию максимума дифракции для обеих решёток. Сисам всегда работает на дифракционном пределе: R = R_диф =  / _диф , при этом за счёт увеличения входного отверстия поток в ~ 100 раз больше, чем в классич. приборах 1 группы, но оптико-механич. часть весьма сложна в изготовлении и настройке.

4. Многоканальные С. п. с селективной модуляцией

Для данной группы С. п. характерна одновременная селективная модуляция (кодирование) дискретного или непрерывного ряда длин волн, воспринимаемых одним фотоэлектрич. приемником, и последующее декодирование электрич. сигналов. Наибольшее распространение получили два типа приборов этой группы.

В адамар-спектрометрах осуществляется кодирование дискретного ряда ; общая схема подобна приведенной на рис. 4, но сканирование здесь не применяется, щели в монохроматоре заменены на циклически сменяемые многощелевые растры спец. конструкции (маски-матрицы Адамара). Сигналы приемника декодируются спец. устройством, дающим на выходе дискретный спектр исследуемого излучения, состоящий из ~ 100 точек-отсчетов. Адамар-спектрометры дают выигрыш в потоке и быстродействии и эффективно применяются, напр., для экспресс анализа выхлопных газов двигателей по их ИК-спектрам.

В фурье-спектрометрах осуществляется непрерывное кодирование длин волн с помощью интерференционной модуляции, возникающей в двухлучевом интерферометре при изменении (сканировании) оптич. разности хода. Приёмник излучения на выходе интерферометра даёт во времени сигнал - интерферограмму, к-рая для получения искомого спектра подвергается фурье-преобразованию на ЭВМ. Фурье-спектрометры наиболее эффективны для исследований протяжённых спектров слабых излучений в ИК-области, а также для решения задач сверхвысокого разрешения. Конструкции и характеристики приборов этого типа очень разнообразны: от больших уникальных лабораторных установок с оптич. разностью хода 2 м (R = 10^-6) до компактных ракетных и спутниковых спектрометров, предназначенных для метеороло-гич. и геофизич. исследований, изучения спектров планет и т. д. Для фурье-спект-рометров соотношение (1) имеет вид:

R^3/2 M

корень f = K().

Отметим ещё раз принципиальное различие рассмотренных групп приборов: в одноканальных приборах 1 и 3 групп время эксперимента затрачивается на накопление информации о новых участках спектра; в приборах 2 группы - на

Рис. 9. ИК-спектры поглощения паров воды на участке 200- 250 ел , полученные с помощью фурье-спектрометра при различных оптических разностях хода  в интерферометре. Чем больше  (. е. чем больше затрачено времени на сканирование по ), тем больше деталей можно выявить в исследуемом участке спектра. При  = =4 см спектральное разрешение =2/= =0,5 см^-1.

накопление отношения сигнала к шуму, а в приборах 4 группы - на накопление структурных деталей в данном спектральном диапазоне (рис. 9).

Лит.: Пейсахсон И. В., Оптика спектральных приборов, Л., 1970; T а р ас о в К. И., Спектральные приборы, Л., 1968; ЗайдельА. H., Островская Г. В., Островский Ю. И., Техника и практика спектроскопии, M., 1972; Оптико-механические приборы, M., 1965; Якушенков Ю. Г., Основы теории и расчета оптико-электронных приборов, M., 1971; M е р ц Л., Интегральные преобразования в оптике, пер. с англ., M., 1969; Инфракрасная спектроскопия высокого разрешения. Сб., M., 1972; Кардона M., Модуляционная спектроскопия, пер. с англ., M., 1972.

В. А. Никитин.