Методы и приборы фурье-спектрометрии космического базирования

• Автор: Горбунов, Георгий Георгиевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 178 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Вступление
гл.1. Развитие теории метода фурье-спектрометрии
1.1. Общая теория метода при идеальном интерферометре
1.2. Протяженный источник излучения.
1.3. Погрешности в определении оптической разности хода >
1.4. Погрешности оптических элементов и
разъюстировки интерферометра.
1.5. Извлечение информации непосредственно из
интерферограммы
1.6. Преобразование интерферограммы в спектр.
1.6.1. Аподизация интерферограммы.
1.6.2. Методы фазовой коррекции интерферограммы.
1. 6.3. Суммирование интерферограмм фурье-спектрометра.
1.7. Выводы. 59 гл.2. Разработка методов и приборов фурье-
спектрометрии для космических аппаратов (КА).
2.1 Требования к спектрометрам, устанавливаемым на КА.
2.2. Разработка фурье-спектрометра МФС-1.
2.3. Фурье-спектрометр ПФС.
2.4. Выводы. 89 гл.З Применение многоплощадочных приемников
в фурье-спектрометрах.
3.1. Комплекс обзорно-спектрометрической
аппаратуры МФС-Б.
3.2. Дополнительные возможности фурье-спектрометров
с многоэлементными приемниками. .
3.3. Гиперспектральные спектровизоры на основе
фурье-спектрометров с матричными приемниками.
3.3.1. Типы видеоспектрометров.
3.3.2. Видеоспектрометры на основе фурье-спектрометров.
3.3.3. Датчик волнового фронта на основе фурье-спектрометра.
3.4. Выводы Заключение.
Список цитируемой литературы
Список трудов опубликованных по теме диссертации
ВСТУПЛЕНИЕ

Слово “спектр” происходит от латинского “зресгтт”, что значит “образ”. Спектральные приборы, во всем их разнообразии, как раз и есть тот самый рабочий инструмент, который позволяет получать и распознавать “образы” - спектры. Идентифицировать и определить количество веществ в исследуемой пробе, найти газовую течь в трубопроводе или местонахождение полезных ископаемых, определить предприятие -загрязнитель атмосферы или воды, идентифицировать подвижные или неподвижные объекты на сложном фоне или сертифицировать продукты и фармацевтические препараты - вот самый малый перечень задач, решаемых с помощью спектральной аппаратуры.
Вся история развития спектрального приборостроения - это поиски путей увеличения потока информации поступающего из прибора за единицу времени, при сохранении или сокращении габаритов и веса прибора. Информацией спектрального прибора являются сигналы в аналоговом либо цифровом виде определяющие спектральное, а в некоторых случаях, и пространственное разрешение, охватываемый спектральный диапазон, пороговую чувствительность, отношение сигнал/шум и точность регистрации измеряемых величин. В настоящее время различают, так называемые, классические спектральные приборы, осуществляющие кодировку пространства длинами волн (призмы, решетки, интерферометр Фабри-Перо и так далее.) и новые приборы, кодирующие длинами волн электрические частоты (фурье-спектрометры и адамар-спектрометры) [1].Среди последних, наиболее успешно развиваются фурье-спектрометры.
Фактически, принцип фурье-спектрометрии был изложен в 1957г. сотрудником ГОИ Н.Г. Бахшиевым в работе “Новый принцип спектрометрии” [2], к сожалению, почти не отмеченной за рубежом. Родоначальниками этого метода считаются: Фельджетт, в 1958г. первым изло-
Требования измерения все меньших толщин пленок приводит к значительному увеличению необходимого спектрального интервала анализируемого излучения для получения хотя бы одного периода изменения пропускания связанного с толщиной измеряемой пленки, что уменьшает точность и надежность метода. Другой способ - интерферометрия в белом свете [33], позволяет измерить толщины в достаточно широких пределах величин, при этом минимально измеряемые толщины могут быть менее 0,01 мкм. Но этот метод требует либо разрушения пластины, либо использования части измеряемой пластины для опорного пучка, что требует специальных методов нанесения пленок. Широко используемым методом для одновременного измерения толщины (с!) и показателя преломления (п) является элипсометрия [34]. Однако, если обе характеристики неизвестны, то для анализа необходима подробная информация по структуре пленки, которая не всегда имеется в распоряжении исследователя.
Наряду со стандартными измерениями спектра пропускания (отражения) тонкой пленки, достаточно широко известно использование для этих целей фурье-спектрометра. Например, еще в 1974 г. нами были измерены пленки толщиной от 15 до 300 мкм с помощью длинноволнового фурье-спектрометра, работающего в спектральном диапазоне от 10 до 500 см'1 [35]. Как было сказано ранее, главным элементом любого фурье-спектрометра является двухлучевой интерферометр с изменяющейся, во времени или в пространстве, разностью хода. На выходе интерферометра регистрируется функция изменения разности хода - интерферо-грамма. Она представляет собой функцию автокорреляции входного излучения, то есть фурье-образ исследуемого спектра. Любая синусоидальная составляющая в спектре (изменение пропускания пленки в зависимости от толщины и длины волны) в интерферограмме проявляется как выброс типа дельта-функции (точнее функции типа ьтх/х). Таким образом, непосредственно измеряя разность хода между центральным