ФУРЬЕ́-СПЕКТРОСКОПИ́Я

ФУРЬЕ́-СПЕКТРОСКОПИ́Я, со­во­куп­ность ме­то­дов изу­че­ния спек­тра элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния в ши­ро­ком диа­па­зо­не час­тот – от ра­дио­из­лу­че­ния до оп­ти­че­ско­го, в ча­ст­но­сти ИК-из­лу­че­ния. Во всех слу­ча­ях экс­пе­ри­мен­таль­но из­ме­ряет­ся за­ви­си­мость от вре­ме­ни $t$ ин­тен­сив­но­сти сиг­на­ла $I(t)$ и осу­ще­ст­в­ля­ет­ся его Фу­рье пре­об­ра­зо­ва­ние в ис­ко­мое рас­пре­де­ле­ние ин­тен­сив­но­сти из­лу­че­ния $J(ω)$ по час­то­те $ω$.

В ме­то­де оп­тич. Ф.-с. ис­поль­зу­ет­ся фу­рье-спек­тро­метр; его осн. эле­мен­том яв­ля­ет­ся ин­тер­фе­ро­метр Май­кель­со­на, од­но из зер­кал ко­то­ро­го пе­ре­ме­ща­ет­ся в про­цес­се из­ме­ре­ния. При фик­си­ров. час­то­те из­лу­че­ния ис­точ­ни­ка ин­тен­сив­ность све­та – ре­зуль­тат ин­тер­фе­рен­ции от­ра­жён­ных зер­ка­ла­ми мо­но­хро­ма­тич. волн – ре­ги­ст­ри­ру­ет­ся фо­то­при­ём­ни­ком в фо­каль­ной плос­ко­сти. При пе­ре­ме­ще­нии од­но­го из зер­кал со ско­ро­стью $v$ раз­ность хо­да ин­тер­фе­ри­рую­щих волн из­ме­ня­ет­ся, при этом из­ме­ня­ет­ся и ин­тен­сив­ность по за­ко­ну $$I(t)=J(ω)[1+\cos(2vωt/c)]\tag{1}$$ (здесь $c$ – ско­рость све­та). Ре­ги­ст­ри­руе­мые фо­то­при­ём­ни­ком из­ме­не­ния ин­тен­сив­но­сти (пе­ре­мен­ная со­став­ляю­щая) про­ис­хо­дят по гар­мо­нич. за­ко­ну с час­то­той $Ω=2vω/c$, т. е. час­то­те из­лу­че­ния ис­точ­ни­ка $ω$ со­от­вет­ст­ву­ет час­то­та $Ω$ из­ме­не­ния фо­то­то­ка. Спектр из­лу­че­ния ис­точ­ни­ка транс­фор­ми­ру­ет­ся в спектр то­ка фо­то­при­ём­ни­ка – от вы­со­ких оп­тич. час­тот в низ­кие час­то­ты мо­ду­ля­ции ин­тен­сив­но­сти. Ес­ли из­лу­че­ние ис­точ­ни­ка име­ет спек­траль­ную плот­ность $J(ω)$, то ка­ж­дая мо­но­хро­ма­тич. со­став­ляю­щая да­ёт вклад в сум­мар­ный сиг­нал, оп­ре­де­ляе­мый вы­ра­же­ни­ем (1). Пол­ный сиг­нал в си­лу не­ко­ге­рент­но­сти волн разл. час­тот на­хо­дит­ся сум­ми­ро­ва­ни­ем по все­му спек­тру из­лу­че­ния ис­точ­ни­ка: $$I(t)=\int_0^{\infty}J(ω)\left[ 1+\cos\left(2\frac{ω}{c}vt\right)\right]dω.\tag{2}$$

Пер­вое сла­гае­мое в фор­му­ле (2) про­пор­цио­наль­но сум­ме ин­тен­сив­но­стей всех спек­траль­ных со­став­ляю­щих из­лу­че­ния. Эта со­став­ляю­щая не про­пус­ка­ет­ся ши­ро­ко­по­лос­ным уси­ли­те­лем пе­ре­мен­но­го то­ка, на ко­то­рый по­сту­па­ет сиг­нал с фо­то­при­ём­ни­ка. Вы­ход­ной сиг­нал про­пор­цио­на­лен вто­ро­му сла­гае­мо­му в фор­му­ле (2), ме­няю­ще­му­ся во вре­ме­ни, ко­то­рое пред­став­ля­ет со­бой фу­рье-об­раз функ­ции $I(ω)$. Для оп­ре­де­ле­ния спек­тра из­лу­че­ния нуж­но про­вес­ти фу­рье-пре­об­ра­зо­ва­ние сиг­на­ла, по­лу­чен­но­го на вы­хо­де ин­тер­фе­ро­мет­ра.

Од­но из важ­ных пре­иму­ществ в ис­поль­зо­ва­нии ин­тер­фе­ро­мет­ра Май­кель­со­на – от­сут­ст­вие не­об­хо­ди­мо­сти умень­шать раз­ме­ры ис­точ­ни­ка, по­сколь­ку ко­ге­рент­ность ин­тер­фе­ри­рую­щих волн обес­пе­чи­ва­ет­ся прак­ти­че­ски ну­ле­вой апер­ту­рой ин­тер­фе­рен­ции. Осо­бен­но эф­фек­ти­вен ме­тод Ф.-с. в ИК об­лас­ти спек­тра. Ме­то­ды Ф.-с. при­ме­ня­ют­ся так­же в спек­тро­ско­пии ядер­но­го маг­нит­но­го и элек­трон­но­го па­ра­маг­нит­но­го ре­зо­нан­сов.