§ 6. Абсорбционный спектрометр наномиллисекундного временного диапазона

Принцип работы абсорбционных спектрометров пиконаносекунд- ного и наномиллисекундного диапазонов одинаков, различие заклю­чается в деталях выполнения оптической части и системы регистра­ции. Поэтому в этом параграфе будет дано лишь описание прин­ципиальной схемы спектрометра для исследования абсорбционных изменений и эмиссионных характеристик образцов в наномилли- секундном диапазоне.

Схема спектрометра приведена на рис. 46. Его оптическая часть включает генератор возбуждающих импульсов (лазер на алюмо- иттриевом гранате типа ЛТИ ПЧ-7), генерирующий импульсы света с к — 1064, 532, 355 нм длительностью на уровне 0,9 ht — 15 не; два монохроматора МДР-23 и МДР-3, источник зондирующего из­лучения (лампа К.ГМ-300 или инжекционные лазеры) и кюветное от­деление. Регистрация оптических сигналов осуществляется либо фотоумножителем, либо фотодиодами. Упр явление оптической ча­стью спектрометра производится с помощью блоков крейта КАМАК (модули МУШД для перемещения решеток монохроматоров и «Релейный драйвер», управляющий реле синхронизации).

Общее управление спектрометром — процессом проведения из­мерений и обработки полученных результатов — осуществляется микроЭВМ «Электроника МС-1201.01», связанной с крейтом КАМАК через контроллер крейта (КК). Программное обеспечение спект- poMetpoM условно разделено на две части. Первая управляет изме-

Рис. 46. Схема абсорбционного наномиллисекундного спектрометра:

ГГ - генератор гармоник, ТВ — телеви.юр; остальные объяснения см. в тексте

ригельной и оптической частями установки, аналого-цифровыми преобразователями, блоками «Релейный драйвер» и МУШД. Вторая разработана для обработки экспериментальных результатов. В нее входят подпрограммы задания начальных условий,отбора лазер­ных импульсов по энергии, организации режима накопления и вы­ведения результатов измерений на ТВ-дисплей и двух координатный графопостроитель. Кроме того, с помощью этой программы осуще­ствляются цифровая фильтрация данных, предварительная оценка и восстановление сигнала, операции суммирования, вычитания, дифференцирования и интегрирования, разложение переходных кинетик на экспоненты, а спектров — на гауссовы компоненты.

Функционирование спектрометра осуществляемся следующим образом. Возбуждающие импульсы от лазера на алюмоиттриевом гранате направля­ются на образец, индуцируя в нем фотореакцин, сопровождающиеся измене­ниями оптической плотности в различных участках спектра поглощения. Незначительная часть энергии возбуждающего излучения 10%) отво­дится на диод синхронизации для контроля н отбора импульсов по энергии, а также синхронизации работы блоков управления и съема информации.

Спектральная область зондирования (в случае использования лампы КГМ-300) выделяется монохроматором МДР-23; постоянный свет необходи­мого спектрального диапазона слабой интенсивности проходит через образец в месте облучения возбуждающим светом. После образца измеряющий луч по­падает на фотоприемник, которым регистрируется изменение поглощения.

В диапазоне 830—860 нм в качестве измеряющего источника света могут ис­пользоваться инжекционные лазеры, например в случае измерения наведен­ного поглощения в пигмент-белковых комплексных зеленых растениях (7* — — Г-поглощение, контроль состояний Хл+ или Хл~). Очевидно, описанная система возбуждения образца и регистрации измеряющего света позволяет проводить кинетические измерения и снятие спектров наведенного поглоще­ния.

Сигнал от фотоприемника после усиления подается на вход быстрого АЦП с буферной памятью (8 разрядов, 50 МГц), запускаемого синхроимпуль­сом от фотодиода ФД-1. АЦП преобразует н запоминает измеренный сиг­нал. Одновременно фотодиод вырабатывает стартовый синхроимпульс на АЦП-14 блока КАМАК, с помощью которого измеряется энергия возбуждаю­щего лазерного импульса. Этим же стартовым импульсом запускается про­грамма выборки лазерных импульсов по энергии, и при попадании величины энергии импульса в наперед заданные пределы изменения микроЭВМ вклю­чает подпрограмму считывания и запоминания измеренной информации. При накоплении сигналов цикл повторяется до достижения требуемого от­ношения сигнал/шум, т. е. обеспечения необходимой точности измерения на­веденного поглощения

В установке предусмотрен также непрерывный контроль интенсивности измеряющего света, для чего используются фотодиод ФД-3 и АЦП-712 (10 разрядов, 40 кГц) в крейте КАМАК- Такой контроль необходим при изу­чении медленных процессов, когда флуктуации энергии измеряющего света могут исказить характер излучаемого явления.

Визуальный контроль осуществляется с помощью осциллографа С1-70, обеспечивающего временное разрешение 25 не при нагрузке 50 Ом. Описан­ный спектрограф имеет следующие параметры: длины волн возбуждающе­го света 532 и 355 нм, спектральная область зондирования 400—900 нм, вре­менной диапазон измерения кинетических процессов 25 не — 1 с; чувстви­тельность позволяет регистрировать изменение оптической плотности с точ­ностью 0,05 % при 100 накоплениях. Частота генерации импульсов возбуж­дающего света — от одиночных до 25 Гц, чувствительность при регистрации свечения образцов достигает от 50 до 10⁷ квант/с в режиме счета фотонов. Это позволяет регистрировать кинетику свечения с временным разрешением 0,3 мке (таким образом реализуется возможность получения полной кинетики свечения в диапазоне 0,3 мке — 1 с).