Аппаратная функция спектрального прибора: 3.4 Спектральные приборы. Модель аппаратуры

Содержание

2.3.2 Определение аппаратной функции спектрального прибора

В
идеальном приборе сигнал от каждой
монохроматической спектральной
компоненты имеет вид дельта-функции.
На практике всегда действуют факторы,
приводящие к уширению наблюдаемых
спектральных линий. К их числу можно
отнести неточность фокусировки из-за
погрешности при сборке прибора, аберрации
оптики, конечный размер щелей .Теоретически
уширение линий можно описать с помощью
аппаратной функции для монохроматического
сигнала и бесконечноузких щелей . На
практике для определения аппаратной
функции производят измерение профиля
спектральной функции квазимонохроматического
источника в плоскости выходной щели
при минимальном размере входной щели.
Используемый в работе лазер ,работающий
в режиме генерации одной продольной и
основной поперечной моды ( т.н. одночастотный
режим) и имеющий исключительно малый
размер излучающей области идеально
подходит для таких измерений. Если
ширина выходной щели существенно
превышает величину, определяемую
аппаратной функцией, наблюдаемая
величина ширины спектральной линии
практически линейно зависит от раскрыва
щели. При этом значение сигнала в
максимуме не зависит от ширины щели. В
противном случае, когда ширина выходной
щели меньше значения, даваемого аппаратным
уширением, величина сигнала в максимуме
падает с уменьшением размера , а форма
линии перестает зависить от ширины
щели. В этом случае профиль линии дает
вид аппаратной функции. Ширина линии,
измеренная по половинному уровню от
максимального значения, определяет
ширину аппаратной функции и, соответственно,
минимальное расстояние между спектральными
линиями, которое может быть зарегистрировано
с помощью данного прибора.

Порядок
выполнения измерений.

Включить
все приборы, показанные на рис. 2.3, кроме
блока регулировки температуры.

Вращая
барабан перестройки длины волны, добиться
максимального сигнала , регистрируемого
микровольтметром , что соответствует
настройке монохроматора на центр линии
излучения лазера.

Провести
экспериментальное определение
зависимости ширины измеренной спектральной
линии при изменении ширины выходной
щели в диапазоне 0,1мм-4мм. Ширину щели
меняют вращением барабана, один оборот
которого соответствует изменению ширины
выходной щели на 1мм. При каждом значении
ширины щели фиксируются два положения
барабана перестройки длины волны, при
которых значение регистрируемого
сигнала падает в два раза по сравнению
с максимальным.

Построить
соответствующий график, из которого
определить аппаратную функцию прибора.

Для
проведения исследования влияния
температуры на спектральные характеристики
излучения корпус лазерного диода
установлен в термостат. Управление
величиной тока, определяющего температуру
термостата, осуществляется блоком
управления температурой ( см. рис.2.3).
Изменять температуру можно путем
поворота движка переменного сопротивления.
Диапазон изменения температуры составляет
примерно 200
С (К). Для индикации температуры
используется датчик, сигнал
которого,измеряемый вольтметром,
пропорционален температуре в градусах
шкалы Кельвина. К примеру, при температуре
273К показания вольтметра равны 2,73 В.

Порядок
выполнения измерений

1.
Включить все приборы, показанные на
рис. 2.3.

2.
Установить значение ширины выходной
щели 0,2 мм.

3.
Задать значение температуры термостата,
соответствующее нижнему пределу.

Настроить
барабан длин волн на центр линии излучения
лазера.

Повторить
измерения, изменяя температуру термостата
для пяти значений в пределах области
перестройки.

Построить
график зависимости длины волны генерации
полупроводникового лазера от температуры.

Содержание
отчета по лабораторной работе

1.
Формулировка цели работы.

2.
Схемы экспериментальных установок.

3.
Результаты измерений в виде графиков

4.
Объяснение всех полученных зависимостей.

5.
Выводы (свойства полупроводникового
лазера в сравне­нии с другими типами
лазеров, возможное применение в науке,
технике, народном хозяйстве).

Вопросы
для самопроверки

Способы
получения инверсной населенности в
полупро­водниках.

Основные
характеристики выходного излучения
полупроводникового ОКГ (зависимость
мощности излучения от тока накачки,
диаграмма направленности, спектральный
состав излучения, коэффициент по­лезного
действия).

Методика
снятия спектра излучения полупроводнико­вого
ОКГ (устройство спектрометра, его
разрешающая способность).

Применение
полупроводниковых ОКГ.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ
ЛИТЕРАТУРА

  1. Дудкин
    В.И., Пахомов Л.Н. Основы квантовой
    электроники. Изд.ТЕХНОСФЕРА, 2006- 432с.

  2. Ищенко
    Е. Ф., Климков Ю. М. Оптические квантовые
    генера­торы.—М.: Сов. радио, 1968.—315 с.

  3. Базаров
    В. К. Полупроводниковые лазеры и их
    применение. — М.: Энергия, 1969.—112 с.

  4. Зайдель
    А. Н, Островская Г. В., Островская Ю. И.
    Техника и практика спектроскопии, —
    М.: Наука, 1972.—392 с.

Аппаратная функция — Физическая энциклопедия

АППАРАТНАЯ ФУНКЦИЯ — характеристика
линейного измерит. устройства, устанавливающая связь измеренной величины на
выходе устройства с истинным значением этой величины на его входе. Наиб. часто
с помощью А. ф. характеризуют спектральные приборы .Математически А.
ф. определяется из ур-ния

(*)

где
— измеренное распределение физ. величины,
— истинное распределение,
— А. ф. Во MH. исследованиях возникает задача вычисления истинного распределения
по измеренному
и известной А. ф. Эта задача сводится к решению интегрального ур-ния (*) относительно
ф-ции.

Рис. 1. Аппаратные функции различных
форм.

Рис. 2.

Для решения ур-ния (*)
применяется преобразование Фурье, при этом решение может быть выполнено только
для немногих видов ф-ции
и . Это возможно,
в частности, если эти ф-ции имеют вид дисперсионной и гауссовой кривых (рис.
1, кривые 5, 3). Во многих случаях применяются разнообразные приближённые
методы вычисления.

А. ф. может быть рассчитана теоретически
по известным параметрам измерит. устройства, однако это представляет собой достаточно
сложную задачу и даёт, как правило, приближённые результаты. Поэтому очень часто
А. ф. определяют эксперим. путём. Так, А. ф. оптич. спектрометра может быть
измерена с достаточно большой точностью, если для освещения входной щели использовать
излучение с выхода др. спектрометра с известной
А. ф., на 1-2 порядка меньшей ширины, чем у данного, либо использовать источник
с узкой спектральной линией, в окрестностях к-рой перестраивается (по длинам
волн, частотам или обратным сантиметрам) спектрометр с измеряемой А. ф. При
таком измерении форма и ширина А. ф. будут определены точнее, чем расчётным
путём, т. к. при этом учитываются даже неточности юстировки, к-рые никак не
могут быть учтены при расчёте. Рассчитанная или измеренная А. ф. реальных приборов
на практике аппроксимируется с помощью ряда ф-ций; графики наиболее часто используемых
ф-ций приведены на рис. 1.

1 — щелеобразная

2-дифракционная

3-гауссова

4-треугольная

5-дисперсионная

6-экспоненциальная

Все графики приведены к одной и той
же ширине .
Под шириной А. ф. понимают разность абсцисс, при к-рых значения ф-ции в 2 раза
меньше её макс. значения. Часто ширину А. ф. наз. «полушириной»,
иногда «спектральной шириной щели» или реже «спектральной
шириной А. ф.». Ширина А. ф. характеризует разрешающую способность спектрометра.
Действительно, если расположить на расстоянии ширины две кривые, напр. гауссовой
формы (рис. 2), их суммарная огибающая обладает минимумом в центре, составляющем
0,92 от её максимума. При этом можно считать, что две регистрируемых полосы
излучения или поглощения разрешены. T. о., приближённо предельное разрешение
прибора равно предельно малой ширине его А. ф. При увеличении ширины А. ф. соответственно
ухудшается разрешение.

А. ф. оптич. прибора, создающего изображение
(телескоп, микроскоп и др.), описывает распределение освещённости в создаваемом
прибором изображении бесконечно малого (точечного) источника излучения. Идеальный
оптич. прибор изображает точечный источник излучения в виде точки
, его А. ф. везде, кроме этой точки, равна нулю. Реальные оптич. приборы изображают
точку в виде пятна рассеянной энергии; А. ф. таких приборов не равна нулю в
области конечных размеров .
Величина этой области и вид А. ф. для разных приборов различны. В безаберрац.
приборах величина А. ф. определяется дифракцией света и может быть рассчитана
для разных форм апер-турной диафрагмы. Угловые размеры области, в к-рой А. ф.
отлична от нуля, по порядку величины равны,
где — длина волны,
D — размер входного зрачка (см. также Дифракционная расходимость). Аберрации и дефекты изготовления оптич. деталей приводят к дополнит. расширению
области, в к-рой А. ф. отлична от нуля. Площадь конечных размеров ,
к-рую занимает изображение точечного источника реальным прибором, является в
этом случае А. ф. этого оптич. прибора .
Расчёт А. ф. при наличии аберраций очень сложен и практически не всегда возможен,
поэтому часто её определяют эксперим. путём. А. ф. позволяет оценить разрешающую
способность оптич. приборов: чем шире А. ф., тем хуже разрешение, так же как
и для спектрометров. В табл. приводятся разрешающая способность и А. ф. нек-рых
оптич. приборов.

Прибор

Разрешающая способность,

лин/мм

Аппаратная функция, мм

Фотоаппарат

50

20*10-3

Репродукционный объектив Микроскоп

500 5000

2*10-3 0,2*10-3

Телескоп

5000

0,2*10-3

А. ф. является не только и не столько
критерием разрешения, сколько характеристикой прибора, знание которой позволяет
вычислить истинное распределение в спектре величины, характеризующей изучаемое
явление.

Лит.: Раутиав С. Г., Реальные
спектральные приборы, »УФН», 1958, т. 6В, с. 475; Харкевич А. А.,
Спектры и анализ, Избр. труды, т. 2, M., 1973. О. Д. Дмитриевский.

   
  Предметный указатель 
    >>   

Спектральные приборы для визуализации — In Vivo Imaging Instruments

Максимальная чувствительность

Самая чувствительная система оптической визуализации для доклинических исследований – период

Надежная конструкция

Создана для удовлетворения высоких требований и работы в жестких условиях

Максимальная производительность

точно – и эффективно – для удовлетворения современных научных требований

Создан для работы всей вашей жизни

Создан для ученых, чьи исследования основаны на получении высококачественных данных при визуализации мелких животных