1.2 Используемые идеализации

Для того, чтобы рассказать в общих словах о том, для чего и о чем написана книга, я вновь обращаюсь к ее названию. «Принципы работы оптического спектрометра. Новый взгляд на старые проблемы» - название длинное, но довольно точно отражающее ее содержание. В книге я принципиально ограничиваюсь только линейными по амплитуде световой волны устройствами. Масса современных публикаций по нелинейным системам заслонила и от ученых, и от инженеров, и, тем более, от студентов спектральные системы старые, состоящие из обычных оптических элементов, которые тысячами продолжают использоваться в лабораториях и на производстве. Все они были рассчитаны на работу со стационарными, или квазистационарными световыми потоками, но времена изменились – нужно заново рассмотреть, во что они превращают ультракороткие импульсы, как полученный на выходе из такого прибора преобразованный сигнал соотносится с действующим на входе процессом, с реальностью.

На протяжении всей книги мною будут использоваться два противоположных подхода, два принципиально различных, но связанных между собой варианта анализа, исходящих из предположения о существовании либо монохроматического излучения, имеющего дельтаобразный спектр и бесконечную протяженность во времени, либо с ультракоротким, дельтаобразным во времени, импульсом, имеющим бесконечно-протяженный спектр. Ни один, ни другой объект не существуют в реальности. Так уж устроена физика: она наблюдает природные явления, устанавливает основные причинно-следственные связи между ними идеализирует их, а потом, используя математику (которая тоже в абсолютном большинстве своем суть отражение связей в природе), формулирует их в виде «законов».

Первый из указанных выше вариантов – монохроматические волны – детально и всесторонне рассмотрен во многих монографиях, учебных пособиях и статьях. Сосредоточившись, в основном, на изучении того, как взаимодействует со спектральным прибором ультракороткий световой импульс, я собираюсь лишь эпизодически обращаться к материалам этих книг. Вместе с тем, такое обращение необходимо, так как обучение в школе и ВУЗе, да и практика работы спектроскопистов связаны, как правило, с понятием монохроматической (именно, идеальной монохроматической, а не более реальной квазимонохроматической!) волны.

Использованный в предыдущем издании книги второй вариант – анализ взаимодействия спектрального прибора с бесконечно-коротким импульсом – был тогда чисто абстрактным и мало известным приемом. Развитие «техники» описания распространения ультракороткого импульса в оптической системе за последние 20-30 лет позволило исправить имевшиеся в предыдущем варианте погрешности и неточности. Нельзя сказать, что предлагаемое в новой книге рассмотрение совершенно с математической точки зрения, но оно позволит, я надеюсь, лучше понять особенности динамики взаимодействия ультракороткого импульса с прибором, почувствовать специфику преобразования импульсного сигнала оптической системой спектрометра.

Один из поводов говорить о несовершенстве развиваемого подхода, на который обратило мое внимание Н.Н.Розанов, заключается в том, что все рассмотрение строится на основе теории Кирхгофа [6], которая применима только для волновых процессов со спектром, ограниченным со стороны низких частот в то время как -импульс содержит и частоты, близкие к нулевой. Оправданием может послужить следующее утверждение: анализ реакции оптической системы на -импульс всегда является лишь промежуточным этапом исследования ее взаимодействия с реальным сигналом, спектр которого не должен содержать колебаний с очень большой длиной волны (очень низких частот). На заключительном этапе исследования, при переходе к отклику системы на реальный сигнал, соответствующие частотные компоненты импульсного отклика попросту исчезнут.