Преимущества Фурье – спектроскопии
Преимущества фурье – спектроскопии перед другими спектроскопическими методами определяется в основном энергетическими выигрышами, получившими название выигрыша Жакино и выигрыша Фелжетта.
Выигрыш Жакино состоит в том, что у фурье – спектрометров входное отверстие гораздо больше, чем у дисперсионных приборов, свет в которые попадает через узкую щель. Этот геометрический выигрыш может доходить до сотен раз в пропускании энергии, к тому же оптическая система интерферометра гораздо более компактная, чем у дифракционного спектрометра.
Выигрыш Фелжетта связан с тем, что в обычных спектрометрах регистрируется каждый интервал по-отдельности, в то время как в фурье – спектрометрах время регистрации каждого диапазона равно времени регистрации всего спектра. Его величина может также достигать сотен раз. Оба фактора дают выигрыш в регистрируемой энергии в четыре порядка.
Существенным преимуществом метода является также отсутствие ограничений в спектральном разрешении за счет размеров оптических элементов. Трудно ожидать, что размеры дифракционных решеток или призм будут больше 50см, т.е. естественным пределом разрешения приборов, основанных на пространственной дисперсии является величина 0.02см-1. В то же время сейчас для фурье - спектрометра достигают разрешения <0.001см-1.
Поскольку фурье – спектрометры не требуют очень узких входных щелей, требования к созданию оптических систем без аберраций при их конструировании снижаются. Это делает такие приборы более компактными засчет уменьшения отношения диаметра объектива к фокусу.
Оказывается, однако, что разрешающая способность зависит от диаметра входного отверстия. Чтобы ослабить влияние пучков, не параллельных оптической оси прибора, диафрагму уменьшают. Но это ведет к уменьшению отношения сигнал/шум. На практике именно минимально возможная диафрагма определяет спектральное разрешение.
Конструкция фурье – спектрометров
Типичная схема фурье – спектрометра представлена на рисунке 4. Прошедший через входную диаграмму свет попадает на коллиматорное зеркало и параллельным пучком направляется на светоделительную пластинку. Светоделитель обычно – плоскопараллельная пластинка с покрытием. Идеальный светоделитель должен отражать и пропускать по 50% света во всей спектральной области прибора. Удовлетворить этому условию бывает довольно трудно и зачастую используют сменные светоделители. После светоделителя прошедший и отраженный пучки попадают на отражающие зеркала, требования к качеству которых очень высоки, их поверхность не должна отклоняться от идеальной более чем на 1/20 длины волны.
Выходящее из интерферометра излучение зеркальным объективом на месте, где помещается образец, если исследуются спектры поглощения. После этого свет фокусируется на приемнике излучения.
Важным элементом оптической схемы является система измерения разности хода. Для этой цели в него вводится излучение одномодового лазера (He-Ne). После прохождения через интерферометр монохроматический пучок генерирует на специальном приемнике синусоидальный сигнал при движении зеркала. Период синусоиды зависит от длины волны лазерного излучения λlas. Этот сигнал после преобразования используется в создании командных импульсов для считывания показаний с приемника излучения в приемно-усилительной системе при смещении подвижного зеркала интерферометра на расстояние равное λlas или кратное ей. Благодаря этой системе фурье – спектрометр становится прибором с высокой точностью измерения частот, причем точность определяется точностью определения частоты генерации опорного лазера.
Иногда в схему встраивается интерферометр белого света. Он используется для определения нулевой разности хода между зеркалами. При движении подвижного зеркала на приемнике излучения белого света возникает резкий пик, по максимуму которого нулевая разность хода определяется достаточно точно.