ФУРЬЕ́-СПЕКТРОСКОПИ́Я
-
Рубрика: Физика
-
Скопировать библиографическую ссылку:
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.