7.14. Амплитудная интерференционная спектроскопия.

Как уже упоминалось, в фурье-спектроскопии используются двухлучевые интерферометры разного типа. Измерение спектра (поглощения) в широком интервале изменения частоты требует, естественно, широкополосного излучателя. В частности, могут применяться генераторы ультракоротких импульсов, поскольку они обладают широким спектром. Более интересным автору, однако, кажется применение устройств, построенных по схемам, аналогичным двухлучевым интерферометрам, в системах генерации сложных во времени сигналов, воспроизводящих с увеличенной мощностью колебания, зарегистрированные с помощью так называемой амплитудной фурье-спектроскопии. Основу метода составляют идеи, заложенные в работах Пуччианти, Рождественского, их учеников и последователей. Соответствующие эксперименты имели целью изучить, главным образом, особенности частотной зависимости фазы волны, взаимодействующей с системой осцилляторов. Применялся, в частности, двухлучевой интерферометр типа Маха-Цендера-Рождественского, а позже – и интерферометр Майкельсона.

Как спектроскопический метод амплитудная фурье-спектроскопия была развита только в 60-х годах ХХ столетия. Ее описание при использовании обычных тепловых источников света и некоторые результаты применения можно найти в книге [48, гл. 8]. К сожалению, техническая сложность метода и высокая его чувствительность к малым изменениям настройки интерферометра привели к тому, что он был незаслуженно забыт.

Мы применим для анализа метода амплитудной фурье-спектроскопии импульсные представления. Если в традиционном фурье-спектрометре исследуемое поглощающее вещество помещается вне интерферометра, то в амплитудном кювета с поглотителем вносится в одно из его плеч рис. 7.35.

Рис. 7.35

Будем предполагать, что оптическая толщина поглотителя мала во всем диапазоне частот исследуемого спектра, т. е. для любой частоты комплексный амплитудный показатель поглощения таков, что . Пусть на входе действует -импульсная волна, ее спектр единичен для всех частот. Тогда амплитудный спектр дважды прошедшего через кювету излучения имеет вид:

,

(7.25)

где - постоянный для всех частот спектр дельта-функции.

Для того чтобы определить, какому процессу колебаний во времени соответствует сигнал, прошедший через поглотитель, выполним обратное преобразование Фурье соотношения (7.25):

.

Здесь

.

Функция имеет смысл некоторой характеристической способности поглощения осциллятором, излучения из спектра -образного импульса. Она же должна описывать и способность осциллятора излучать поле с соответствующим спектром.

Рассмотрим теперь процесс регистрации интерферограммы. При введении кюветы с поглотителем внутрь интерферометра на выходе наблюдается волновой процесс

.

Формально, зарегистрированный энергетическим приемником сигнал имеет вид:

(7.26)

Таким образом, интерферограмма, полученная в таком опыте, по своему физическому смыслу есть не что иное, как прямая запись зависимости от времени амплитуды характеристического колебания. Если эту запись перевести в переменный по плотности транспарант, пропускание которого будет пропорционально , то при освещении его -импульсом можно воспроизвести соответствующую волну. Эта возможность в более общем виде была рассмотрена нами в разделе 3.2.1.

Когда несколько раньше я отметил, что метод связан со сложностями настойки интерферометра и высокой его чувствительностью к внешним помехам, то подспудно имел в виду, что в лабораторной практике он еще может сказать свое веское слово. Дело в том, что исследователями, разрабатывавшими метод амплитудной фурье-спектроскопии, был сделан лишь первый шаг: были получены амплитудные и фазовые спектры поглощения веществ. Мы же, в соотношении (7.26) делаем второй шаг – даем интерпретацию этого спектра как фурье-образа специфического для данной системы колебания и указываем на возможность воспроизведения поля, соответствующего такому колебанию. Для этого нужен генератор ультракоротких импульсов. Отсутствие соответствующих лазеров в 60-е годы прошлого века (никто представить себе не мог тогда возможность их существования) не позволило сформулировать подобную задачу.