Журналов:     Статей:        

Радиостроение. 2016; : 1-13

Система регистрации и суммирования слабых сигналов в фурье-спектрометре

Морозов А. Н., Балашов А. А., Вагин В. А., Хорохорин А. И., Голяк И. С.

https://doi.org/10.7463/rdopt.0416.0847752

Аннотация

Одной из проблем при решении задачи дистанционного контроля и анализа является регистрация и анализ слабых сигналов, интенсивность которых лежит на уровне шума. В связи с чем появляется необходимость накопления и правильного суммирования сигнала с целью вытягивания его на фоне шумового. В существующих схемах фурье-спектрометров, в которых используется канал «белого света», процесс регистрации интерферограммы в основном канале запускается при нулевой оптической разности хода (НРХ) канала «белого света» и, таким образом, происходит привязка к одной и той же абсолютной шкале оптической разности хода. При такой схеме построения НРХ канала «белого света» должна быть оптическими методами сдвинута относительно НРХ основного канала, так чтобы мы могли зарегистрировать двухстороннюю интерферограмму. Появление дополнительных оптических элементов может приводить к смещению НРХ в канале «белого света» относительно основного канала. Для решения данной задачи предлагается механизм использования канала «белого света», в котором положения НРХ обоих каналов совпадают. В этом случае НРХ «белого света» формирует метку на шкале оптической разности хода в интерферограмме основного канала. Далее, с использованием этой метки, происходит сдвиг и привязка регистрируемых интерферограмм к абсолютной шкале оптической разности хода, после чего они суммируются. Для реализации такого механизма суммирования был разработан формирователь метки «белого света», который позволяет осуществлять привязку максимума интерферограммы основного канала к положению максимума в интерферограмме канала «белого света». Такое построение системы привязки позволит уменьшить габариты всей системы и обеспечить большую стабильность к тепловым и вибрационным воздействиям.

Описанная в статье система формирования метки успешно реализована в макете динамического фурье-спектрометра непрерывного сканирования работающего в ближнем ИК диапазоне спектра, от 800 до 1100 нм. С использование предложенной системы были проведены экспериментальные исследования по регистрации и накоплению слабых сигналов КР света при возбуждении лазерным источником с длиной волны 785 нм. Дальнейшее сравнение восстановленных спектров КР света с эталонными спектрами подтвердило эффективность предложенной системы суммирования интерферограмм.

Список литературы

1. Белл Р.Дж. Введение в Фурье-спектроскопию. М.: Мир, 1975. 380 с. [Bell R.J. Introductory Fourier transform spectroscopy. N.Y.: Academic Press, 1972].

2. Вагин В.А. ИК Фурье-спектроскопия для научных исследований и прикладных применений: дис. …доктора техн. наук. М., 2009. 239 с.

3. Балашов А.А., Вагин В.А., Висковатых А.В., Жижин Г.Н., Пустовойт В.И., Хорохорин А.И. Аналитический Фурье-спектрометр АФ-1 широкого применения // Приборы и техника эксперимента. 2003. Т.46. № 2. С. 87–89.

4. Балашов А.А., Вагин В.А., Хорохорин А.И., Крадецкий В.В., Морозов А.Н., Фуфурин И.Л., Шилов М.А. Фурье-спектрорадиометр ФСР-03 // Приборы и техника эксперимента. 2013. №3. С. 142–143. DOI: 10.7868/S0032816213020171

5. Морозов А.Н., Светличный С.И. Основы Фурье-спектрорадиометрии. 2-е изд. М.: Наука, 2014. 456 с.

6. Balashov A.A., Vagin V.A., Zhizhin G.N., Chelnokov A.I. Fast-scanning Fourier-spectroradiometer BFS-01 // 7th Int. conf. on Fourier transform spectroscopy, june 19-23 1989. Bellingham: Society of photo-optical instrumentation engineers, 1989. P. 395–396.

7. Griffiths P.R., De Haseth J.A. Fourier transform infrared spectrometry. 2nd ed. Hoboken: Wiley-Interscience, 2007. 529 p.

8. Vandenabeele P. Practical Raman spectroscopy: An introduction. Chichester: Wiley, 2013. 161 p.

9. Ferraro J.R., Nakamoto K., Brown C.W. Introductory Raman Spectroscopy. 2nd ed. Amst.; Boston: Academic Press, 2003. 434 p.

10. Mertz L. Correction of phase errors in interferograms // Applied Optics. 1963. Vol. 2. № 12. P. 1332–1332. DOI: 10.1364/AO.2.001332

11. Porter C.D., Tanner D.B. Correction of phase errors in Fourier spectroscopy // Intern. J. of Infrared and Millimeter Waves. 1983. Vol. 4. № 2. P. 273–298. DOI: 10.1007/BF01008607

Radio Engineering. 2016; : 1-13

The Recording and Summing System of Weak Signals in the Fourier Spectrometer

Morozov A. N., Balashov A. A., Vagin V. A., Khorokhorin A. I., Golyak I. S.

https://doi.org/10.7463/rdopt.0416.0847752

Abstract

One of the problems in remote monitoring and analysis is to record and analyze accumulation and summation of weak signals, which have intensity at the noise level. Therefore, it becomes necessary to correct accumulation and summation of signal to pull it at the background of noise.

In the existing schemes of Fourier spectrometers, which use a "white light" channel, a recording process of the interferogram in the main channel starts at zero optical path difference (ZPD) of the "white light" channel, and thus binding to the same absolute scale of the optical path difference. With this construction scheme, there should be a shift of the ZPD of the "white light" channel with respect to the ZPD of the main channel, using the optical methods, so that we can record a double-sided interferogram. The additional optical elements can lead to the shift of ZPD in the "white light" channel with respect to the main channel. To solve the given problem we suggest a mechanism of using the "white light" channel, in which the ZPD positions of both channels match. In this case, the ZPD of the "white light" forms a mark on the optical path difference scale in the interferogram of the main channel. Further, using this label, the recorded interferograms are shifted and linked to the absolute scale of the optical path difference, after which they are summed-up. To implement this summing mechanism was developed driver of "white light" label, which allows us to bind a maximum position in the interferogram of the main channel with the maximum in the interferogram of the "white light" channel. Such construction of the binding system allows us to reduce the size of the entire system and provide more stability to thermal and vibration shocks.

The described system of a label driver has found a successful implemented in the layout of the continuous scanning dynamic Fourier spectrometer operating in the Near Infrared spectral range from 800 nm to 1100 nm. The experimental research in recording and accumulating weak Raman signals when exciting by the laser source of 785 nm wavelength used the proposed system. Further comparison of the recovered Raman spectra with reference spectra proved that the proposed interferogram summation system is efficient.

 

References

1. Bell R.Dzh. Vvedenie v Fur'e-spektroskopiyu. M.: Mir, 1975. 380 s. [Bell R.J. Introductory Fourier transform spectroscopy. N.Y.: Academic Press, 1972].

2. Vagin V.A. IK Fur'e-spektroskopiya dlya nauchnykh issledovanii i prikladnykh primenenii: dis. …doktora tekhn. nauk. M., 2009. 239 s.

3. Balashov A.A., Vagin V.A., Viskovatykh A.V., Zhizhin G.N., Pustovoit V.I., Khorokhorin A.I. Analiticheskii Fur'e-spektrometr AF-1 shirokogo primeneniya // Pribory i tekhnika eksperimenta. 2003. T.46. № 2. S. 87–89.

4. Balashov A.A., Vagin V.A., Khorokhorin A.I., Kradetskii V.V., Morozov A.N., Fufurin I.L., Shilov M.A. Fur'e-spektroradiometr FSR-03 // Pribory i tekhnika eksperimenta. 2013. №3. S. 142–143. DOI: 10.7868/S0032816213020171

5. Morozov A.N., Svetlichnyi S.I. Osnovy Fur'e-spektroradiometrii. 2-e izd. M.: Nauka, 2014. 456 s.

6. Balashov A.A., Vagin V.A., Zhizhin G.N., Chelnokov A.I. Fast-scanning Fourier-spectroradiometer BFS-01 // 7th Int. conf. on Fourier transform spectroscopy, june 19-23 1989. Bellingham: Society of photo-optical instrumentation engineers, 1989. P. 395–396.

7. Griffiths P.R., De Haseth J.A. Fourier transform infrared spectrometry. 2nd ed. Hoboken: Wiley-Interscience, 2007. 529 p.

8. Vandenabeele P. Practical Raman spectroscopy: An introduction. Chichester: Wiley, 2013. 161 p.

9. Ferraro J.R., Nakamoto K., Brown C.W. Introductory Raman Spectroscopy. 2nd ed. Amst.; Boston: Academic Press, 2003. 434 p.

10. Mertz L. Correction of phase errors in interferograms // Applied Optics. 1963. Vol. 2. № 12. P. 1332–1332. DOI: 10.1364/AO.2.001332

11. Porter C.D., Tanner D.B. Correction of phase errors in Fourier spectroscopy // Intern. J. of Infrared and Millimeter Waves. 1983. Vol. 4. № 2. P. 273–298. DOI: 10.1007/BF01008607