8.2. Техника прямой амплитудной спектроскопии.

В разделе 7.14 мы видели, что используя интерферометрические методы можно зарегистрировать форму зависимости электрической компоненты амплитуды световой волны от времени. Фурье-преобразование полученной функции дает нам амплитудно-фазовый спектр сигнала. Математическую основу процедуры составляло доказательство того, что результатом измерения интерферограммы является функция взаимной корреляции волновых процессов в двух плечах интерферометра. Обычный метод фурье-спектроскопии основан на частном случае, когда в обоих каналах действует один и тот же процесс и измеряется, соответственно, автокорреляционная функция.

В радиотехнике и оптике распространено изучение зависимости от времени амплитуды периодически повторяющегося импульса методом одноканальной селекции. В одних случаях речь идет об измерении амплитуды колебания, в других случаях – об измерении мощности (интенсивности). При этом используется умножение входного сигнала на постоянный по форме и амплитуде импульс (обычно прямоугольной формы), задержанный относительно входного на определенный промежуток времени. Он выполняет функцию своеобразных «ворот», пропуская к измерительному устройству только выделенную часть сигнала. Полученный результат интегрируется по времени и измеряется. Затем время прихода импульса ворот изменяется, и таким образом строится аппроксимация искомой функции, усредненной по ширине окна. Схема подобного метода показана на рис. 8.3 и вряд ли нуждается в подробных комментариях.

Рис. 8.3

Именно по такой схеме и организуется новый тип амплитудной спектроскопии. Она использует элементы нелинейной оптики (умножение двух сигналов в нелинейной среде) и различие на несколько порядков в характерных временах оптических процессов. Сегодня эта техника применяется в терагерцевой спектроскопии, завтра она вполне может перейти и в другие области спектра.

В качестве основного сигнала здесь выступает импульс терагерцевого излучения, длительностью порядка 10^-12 с, а в качестве импульса «ворот» - ультракороткий импульс длительностью порядка 10 фс, т. е. на два порядка короче исследуемого. Пара генераторов электромагнитных импульсов требует очень хорошей взаимной синхронизации (порядка одной фемтосекунды), но результатом подобного эксперимента является зависимость именно амплитуды медленного (терагерцевого) импульса от времени. Фурье-преобразование полученной функции дает нам комплексный (амплитудно-фазовый) спектр исследуемого импульса. Поставив на его пути кювету с поглощающим веществом и измерив новый спектр, из отношения двух полученных функций, мы можем найти комплексный показатель поглощения среды в кювете.

Обратное фурье-преобразование дает импульсный отклик вещества – принципиально новую и интересную для науки характеристику. Имея в руках подобную характеристику и связав ее с процессами, происходящими в исследуемом веществе, мы сможем, вероятно, активно и целенаправленно воздействовать на само вещество.