Васильев А., Михайлин В. Введение в спектроскопию диэлектриков

Подождите немного. Документ загружается.

1 ìì - 600, ðàáî÷àÿ ïîâåðõíîñòü 50 Õ Õ40 ìì, ìàêñèìóì êîíöåíòðà-

öèè ýíåðãèè îêîëî 600 À).

Ìîíîõðîìàòîð ðàññ÷èòàí äëÿ ðàáîòû â ñïåêòðàëüíîé îáëàñòè îò

4 äî 35 ýÂ. Äèôðàãèðîâàííûé ñâåò ôîêóñèðóåòñÿ íà âûõîäíîé ùåëè,

çà êîòîðîé óñòàíîâëåí àçîòíûé êðèîñòàò. Ðàññòîÿíèå îò èçëó÷àþùåãî

ñãóñòêà äî äèôðàêöèîííîé ðåøåòêè 10 ì. Óãîë ìåæäó íàïðàâëåíèÿ-

ìè ïàäàþùåãî è îòðàæåííîãî ñâåòà ñîñòàâëÿåò 10°. Ñêàíèðîâàíèå ïî

ñïåêòðó îñóùåñòâëÿåòñÿ ÷åðåç ïðèâîä øàãîâûì äâèãàòåëåì, ïîâîðà-

÷èâàþùèì ðåøåòêó

ñ áîëüøîé òî÷íîñòüþ (0,2 À/øàã) âîêðóã îñè, ïðîõîäÿùåé ÷åðåç

öåíòð ðåøåòêè è ïàðàëëåëüíîé ïëîñêîñòè îðáèòû. Èñïîëüçîâàíèå

ñõåìû ñ ïðîñòûì ïîâîðîòîì ðåøåòêè âîêðóã îñè óìåíüøàåò ðàçðåøà-

þùóþ ñïîñîáíîñòü ïîäîáíûõ ìîíîõðîìàòîðîâ èç-çà äåôîêóñèðîâêè

èçëó÷åíèÿ íà âûõîäíîé ùåëè. Äëÿ êîìïåíñàöèè äåôîêóñèðîâêè íà

êðàÿõ ðàáî÷åé ñïåêòðàëüíîé îáëàñòè 2500-350 À â ìîíîõðîìàòîðå

ïðåäóñìîòðåíî ïåðåìåùåíèå âûõîäíîé ùåëè âäîëü îïòè÷åñêîé îñè

ïðèáîðà íà ðàññòîÿíèå

Ðèñ. 41. Ñõåìà ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêè äëÿ èññëåäîâàíèÿ

âîçáóæäåíèÿ ëþìèíåñöåíöèè ñ èñïîëüçîâàíèåì ìîíîõðîìàòîðà ïî

ñõåìå Âîäåâîðòà. 1 - äèôðàêöèîííàÿ ðåøåòêà; 2 - îñü âðàùåíèÿ ðå-

øåòêè; 3 - âàêóóìíûé âåíòèëü; 4 - ïàòðóáîê îòêà÷êè; 5 - øàãîâûé äâè-

ãàòåëü; 6 - êðèîñòàò; 7 - îõëàæäàåìûé äåðæàòåëü îáðàçöà; 8 - âûõîä-

íàÿ ùåëü, 9 - áëîê ñâåòîôèëüòðîâ; 10 - ñèëüôîí; II - êàíàë ñèíõðî-

òðîííîãî èçëó÷åíèÿ

±2,5 ìì îòíîñèòåëüíî ôîêàëüíîé ïëîñêîñòè äëÿ ^=1000 À. Ïî

ðàñ÷åòàì, äåôîêóñèðîâêà íå ïðåâûøàåò 3 ìì ïðè ñêàíèðîâàíèè îò

350 äî 2500 À, ÷òî ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü ðàçðåøåíèå ^1 À. Ïîâîðîò ðå-

øåòêè íà 1° ïðèâîäèò ê èçìåíåíèþ äëèíû âîëíû íà âûõîäíîé ùåëè

íà 300 À, ïðè ýòîì ýòî çíà÷åíèå ñîõðàíÿåòñÿ äëÿ âñåé ðàáî÷åé ÂÓÔ-

îáëàñòè.

Òàê êàê ÑÈ îáëàäàåò íåïðåðûâíûì ñïåêòðîì, òî ïðè èçìåðåíèÿõ

èìååò ìåñòî íàëîæåíèå âûñøèõ ïîðÿäêîâ. Ýòî óñòðàíÿåòñÿ .ââåäåíè-

åì ïåðåä âûõîäíîé ùåëüþ ïîëîñîâûõ ôèëüòðîâ èç êâàðöåâîãî ñòåêëà

(èíòåðâàë äëèí âîëí, áîëüøèõ 1800 À) è ôòîðèñòîãî ìàãíèÿ (1150-

2000 À). Ïðè ðàáîòå â èíòåðâàëå äëèí âîëí, ìåíüøèõ 500 À, âêëàä

âûñøèõ ïîðÿäêîâ íåçíà÷èòåëåí áëàãîäàðÿ èñïîëüçîâàíèþ ðåøåòêè ñ

âîëüôðàìîâûì ïîêðûòèåì ñ ìàêñèìóìîì êîíöåíòðàöèè ýíåðãèè îêî-

ëî 600 À. Óïðàâëåíèå âûõîäíîé ùåëüþ, ñâåòîôèëüòðàìè, ðàâíî êàê

è äèôðàêöèîííîé ðåøåòêîé, îñóùåñòâëÿåòñÿ øàãîâûìè äâèãàòåëÿ-

ìè, ÷òî ïîçâîëÿåò àâòîìàòèçèðîâàòü âåñü ïðîöåññ èçìåðåíèé. Êàëèá-

ðîâêà ïðèáîðà ïî äëèíàì âîëí îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ óðàâíåíèÿ

ðåøåòêè. Äëÿ äàëüíåéøåé êàëèáðîâêè ïðèìåíÿëñÿ Íå-^å ëàçåð. Ïðî-

âåðêà ãðàäóèðîâêè è ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè ïðîâîäèëàñü ïî ëè-

íèÿì ïîãëîùåíèÿ ðàçëè÷íûõ èíåðòíûõ ãàçîâ ïðè ^1150 À ïðè íàïóñ-

êå ãàçà â êðèîñòàò, îòäåëåííûé îò âàêóóìà â êàíàëå îêíîì èç Ì^Ðã.

412 Ãëàâà 5. Òåõíèêà îïòè÷åñêèõ èçìåðåíèé â ÂÓÔ-îáëàñòè ñïåêòðà

Íà ðèñ. 42 ïîêàçàíî ñïåêòðàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå èíòåíñèâíîñòè ÑÈ,

ïîëó÷åííîå íà âûõîäå ýòîãî ìîíîõðîìàòîðà.

Àçîòíûé êðèîñòàò, óñòàíîâëåííûé çà âûõîäíîé ùåëüþ ìîíîõðî-

ìàòîðà, ïîçâîëÿåò èçìåðÿòü ñïåêòðû ïðîïóñêàíèÿ, îòðàæåíèÿ è âîç-

áóæäåíèÿ ëþìèíåñöåíöèè, â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð 80-295 Ê.

Ðåãèñòðàöèÿ èçëó÷åíèÿ îò îáðàçöà ïðîèçâîäèëàñü ÔÝÓ-100, ðà-

áîòàþùèì â ðåæèìå ñ÷åòà ôîòîíîâ, ïåðåä ôîòîêàòîäîì êîòîðîãî

óñòàíàâëèâàþòñÿ ñâåòîôèëüòðû. Òàê êàê øèðèíà âûõîäíîé

ùåëè ìîíîõðîìàòîðà ïðè ñêàíèðîâàíèè ïî ñïåêòðó íå ìåíÿåòñÿ,

òî èíòåíñèâíîñòü ïàäàþùåãî íà îáðàçåö èçëó÷åíèÿ â ðàáî÷åé ñïåêò-

ðàëüíîé îáëàñòè èçìåíÿåòñÿ ïðèìåðíî íà ïîðÿäîê. Ìàêñèìóì ñïåêò-

ðà çà âûõîäíîé ùåëüþ ìîíîõðîìàòîðà ïðèõîäèòñÿ íà îáëàñòü â ðàéî-

íå 600 À. Ïðè ýòîì ïîòîê ôîòîíîâ â ñïåêòðàëüíîì èíòåðâàëå 10 À â

îáëàñòè ^==1000 À íà îáðàçåö ñîñòàâëÿåò ã"10'° ôîòîí/ñ.

Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà îáîðóäîâàíà àâòîìàòèçèðîâàí-

íîé ñèñòåìîé óïðàâëåíèÿ è ðåãè-

Ðèñ. 42, Ñïåêòð ÑÈ ïîñëå ìîíîõðîìàòîðà íà èñòî÷íèêå «Ñè-

áèðü-1" ÈÀÝ èì. È. Â. Êóð÷àòîâà

ñòðàöèè íà áàçå ÝÂÌ ÑÌ-4. Ñâÿçü ìåæäó óñòàíîâêîé è ÝÂÌ

îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ àïïàðàòóðû â ñòàíäàðòå Ê.ÀÌÀÊ. Èçìå-

ðåííûå ñïåêòðû îáðàáàòûâàþòñÿ ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëüíîé ïðîãðàì-

ìû, êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò íîðìèðîâàòü, ñãëàæèâàòü, âû÷èòàòü ðàññåÿí-

íûé ñâåò, ó÷èòûâàòü êàëèáðîâêó ìîíîõðîìàòîðà, âûâîäèòü íà äèñï-

ëåé, ãðàôîïîñòðîèòåëü, ïå÷àòàþùåå óñòðîéñòâî.

Óñòàíîâêà èñïîëüçóåòñÿ â ýêñïåðèìåíòàõ ïî ñïåêòðîñêîïèè ëþ-

ìèíåñöèðóþùèõ êðèñòàëëîâ. Íà ðèñ. 43 ïîêàçàíû èçìåðåííûå íà

ýòîé óñòàíîâêå ñïåêòðû âîçáóæäåíèÿ ëþìèíåñöåíöèè êðèñòàëëîôîñ-

ôîðîâ 8ã5-Ñå è Ñà§-Ñå. Íà íèõ õîðîøî âèäíû îñîáåííîñòè, ñîîòâåò-

ñòâóþùèå ýêñèòîíàì íà êðàþ ôóíäàìåíòàëüíîãî ïîãëîùåíèÿ (îá-

ëàñòü ~5 ýÂ) è îñòîâíûì ýêñèòîíàì (20-28 ýÂ). Ïîäðîáíåå î ïðîÿâëå-

íèè ýòèõ ýôôåêòîâ â ñïåêòðå âîçáóæäåíèÿ ñì. § 23.

Âûøå áûëè ðàññìîòðåíû âàðèàíòû óñòàíîâîê ìîíîõðîìàòî-ðîâ

íîðìàëüíîãî ïàäåíèÿ â êàíàëû ÑÈ. Îáëàñòü èõ ýôôåêòèâíîé ðàáîòû

îãðàíè÷åíà 35-40 ýÂ ñî ñòîðîíû âûñîêèõ ýíåðãèé. Äëÿ ðàáîòû â áî-

ëåå êîðîòêîâîëíîâîé îáëàñòè íåîáõîäèìî ïîëüçîâàòüñÿ ìîíîõðîìà-

òîðàìè ñêîëüçÿùåãî ïàäåíèÿ (íàïðèìåð, ìîíîõðîìàòîð ïî ñõåìå Âî-

äàðà, ðèñ. 33 è ìîíîõðîìàòîð äëÿ ÔÝÑ, ðèñ. 66) è êðèñòàëëè÷åñêèìè

ìîíîõðîìàòîðàìè [12],

Ïðàêòè÷åñêè âñå óñòàíîâêè, îïèñûâàåìûå íàìè â ýòîé ãëàâå,

îñíàùåíû êðèîñòàòàìè äëÿ íèçêîòåìïåðàòóðíûõ èçìåðåíèè. Â

îñíîâíîì ýòî àçîòíûå êðèîñòàòû, íî óñòàíîâêà íà ñèíõðîòðîíå «Ïàõ-

ðà» îñíàùåíà ãåëèåâûì êðèîñòàòîì, ïîçâîëÿþùèì ïðîâîäèòü èçìå-

ðåíèÿ â øèðîêîì èíòåðâàëå òåìïåðàòóð îò 4 äî 300 Ê, à òàêæå èññëå-

äîâàòü êðèîêðèñòàëëû èíåðòíûõ ãàçîâ, âûðàùåííûå

§ 34. Ñïåêòðîñêîïèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ 413

íåïîñðåäñòâåííî â êàìåðå êðèîñòàòà. Ñ ýòîé öåëüþ êðèîñòàò îñíàùåí

ñèñòåìîé íàïóñêà ãàçà. Îí ìîæåò þñòèðî-

Ðèñ, 43. Ñïåêòð âîçáóæäåíèÿ ëþìèíåñöåíöèè Ñà5-Ñå è 5ã5-Ñå â

îáëàñòè 5-35 ýÂ: à - Ã=300 Ê, 5ã8-Ñå - ñïëîøíàÿ ëèíèÿ, Ñà8- Ñå - ïóí-

êòèð; á - Ã=80 Ê, 5ã5-Ñå; âî âðåçêå - çîííàÿ ñòðóêòóðà 5ã5

âàòüñÿ â ìîíîõðîìàòè÷åñêîì ïó÷êå ÑÈ áåç íàðóøåíèÿ âàêóóìà.

Âàêóóì â êðèîñòàòå äîñòèãàåò 10^ Òîð, îòêà÷êà âåäåòñÿ ñîðá-öèîííûì

íàñîñîì è íàñîñîì ÍÎÐÄ-250. Ýòîò êðèîñòàò îïèñàí â [32]. Óñòàíàâ-

ëèâàþòñÿ ãåëèåâûå êðèîñòàòû è â êàíàëû ÑÈ íàêîïèòåëÿ «Ñèáèðü-

1". Èìåííî â ýòîé ñâÿçè óìåñòíî ñêàçàòü íåñêîëüêî ñëîâ î êîíñòðóê-

öèè êðèîñòàòîâ äëÿ íèçêîòåìïåðàòóðíûõ èçìåðåíèé è ðàçëè÷íûõ ìå-

òîäàõ îõëàæäåíèÿ â íèõ îáðàçöà. Íà ðèñ. 44 èçîáðàæåí ãåëèåâûé

êðèîñòàò äëÿ îïòè÷åñêèõ èçìåðåíèé. Îáðàçåö 7 êðåïèòñÿ íà õëàäîï-

ðîâîäå 6, èìåþùåì îòâåðñòèå - ýòî ïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü àáñîðáöèîí-

íûå èçìåðåíèÿ. Îäíàêî ïðè òàêîì êðåïëåíèè îáðàçöà òåðìè÷åñêèé

êîíòàêò íå îáåñïå÷èâàåò ýêñòðåìàëüíîé òåìïåðàòóðû (4 Ê) è äîâîëü-

íî ñëîæíî ïîëó÷àòü ïðîìåæóòî÷íûå òåìïåðàòóðû. Áîëåå íàäåæíà

äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïðîìåæóòî÷íûõ òåìïåðàòóð êîíñòðóêöèÿ, îáåñïå÷è-

âàþùàÿ êîíòàêò îáðàçöà ñ ãàçîîáðàçíûì ãåëèåì (ðèñ. 44,6). Â ñëó-

÷àå, êîãäà íóæíî èìåòü íàäåæíóþ íèçêóþ òåìïåðàòóðó æèäêîãî ãå-

ëèÿ (4 Ê) èëè áîëåå íèçêóþ ïðè îòêà÷êå ãåëèÿ, íàèáîëåå óäîáíûì ÿâ-

ëÿåòñÿ ïîìåùåíèå îáðàçöà

Ðèñ. 44. Ãåëèåâûé êðèîñòàò äëÿ îïòè÷åñêèõ èçìåðåíèé è ñïîñîáû

îõëàæäåíèÿ îáðàçöà: à - êðèîñòàò; 1 - âíåøíèé êîðïóñ; ^ - ýêðàí ñ

æèäêèì àçîòîì; Íå - æèäêèé ãåëèé; 2 - îòêà÷êà; 3 - ðàñïîðêè; 4 -

âíåøíåå îïòè÷åñêîå îêíî; 5 - õîëîäíîå îêíî; 6 - äåðæàòåëü îáðàçöà; 7

- îáðàçåö; á-8- îáðàçåö â òåðìè÷åñêîì êîíòàêòå ñ ãàçîì (0,1 êÏà Íå),

ãàç ââîäèòñÿ ÷åðåç ãàçîïðîâîä 9, 10 - õîëîäíîå âàêóóìíîïëîòíîå

îêíî; â- II- îáðàçåö â

æèäêîì ãåëèè

íåïîñðåäñòâåííî â æèäêèé ãåëèé (ðèñ. 44, å). Îäíàêî â äâóõ ïî-

ñëåäíèõ ñëó÷àÿõ (á, â) ñïåêòðàëüíàÿ îáëàñòü èçìåðåíèé îãðàíè÷åíà

îáëàñòüþ ïðîçðà÷íîñòè îêîí êðèîñòàòà. Ïðè ðàáîòå

ñ ÑÈ ãåëèåâûé êðèîñòàò èñïîëüçóåòñÿ â âàðèàíòå à áåç îïòè÷å-

ñêèõ îêîí, ïðè ýòîì îòâåðñòèÿ â àäèàáàòè÷åñêèõ ýêðàíàõ äåëàþòñÿ

ìåíüøåãî äèàìåòðà è ìîãóò çàòÿãèâàòüñÿ Ìåòàëëè÷åñêîé ñåòêîé. Èñ-

ïîëüçîâàíèå ÑÈ â êà÷åñòâå èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ ïðèâåëî ê ðàçðàáîò-

êå íå òîëüêî ñïåöèàëèçèðîâàííûõ êðèîñòà-òîâ, ó÷èòûâàþùèõ ñïåöè-

ôèêó ÑÈ, íî è ðåôëåêòîìåòðîâ ñî ñëîæíûìè ïîâîðîòàìè îáðàçöà,

êàê äëÿ èçìåðåíèÿ îòðàæåíèÿ ïîä ðàçíûìè óãëàìè, òàê è äëÿ ïåðåõî-

äà îò 5- ê ð-ïîëÿðèçàöèè ÑÈ ïðè èçìåðåíèÿõ (ðèñ. 45). Äëÿ ðàáîòû ñ

ÑÈ ðàçðàáîòàíû

òàêæå ñïåöèàëüíûå êîíñòðóêöèè ïîëÿðèìåòðîâ [32], äèôðàêòî-

ìåòðîâ è ðÿäà äðóãèõ óñòðîéñòâ. Íàèáîëåå óíèâåðñàëüíîé êàìåðîé

äëÿ îïòè÷åñêèõ è ôîòîýëåêòðîííûõ èçìåðåíèé ÿâëÿåòñÿ

414 Ãëàâà 5. Òåõíèêà îïòè÷åñêèõ èçìåðåíèé â ÂÓÔ-îáëàñòè ñïåêòðà

ðàçðàáîòàííûé íà ÄÅÇÈ ðåôëåêòîìåòð, íà êîòîðîì ìû îñòàíîâèìñÿ

â § 24 (ñì. ðèñ. 67).

Ðèñ. 45. Ïðèíöèï êîíñòðóêöèè ðåôëåêòîìåòðà äëÿ ðàáîò ñ ÑÈ

(ïî Â. Ôåéåðáàõåðó): / - ÑÈ ïîñëå ìîíîõðîìàòîðà; 2 - ìåõàíèçì

ïîâîðîòà ðåôëåêòîìåòðà âîêðóã îñè ïàäàþùåãî ÑÈ (ïåðåõîä îò õ-

ïîëÿðèçàöèè ê ð-ïîëÿðèçàöèè); 3 - îáðàçåö; 4 - îñü ïîâîðîòà äëÿ

èçìåíåíèÿ óãëà ïîëîæåíèÿ äåòåêòîðà è óãëà óñòàíîâêè îáðàçöà; 5 -

ïîâîðîò äåòåêòîðà; 6 - ïîâîðîò îáðàçöà; 7 - íàïðàâëåíèå âûâîäà

îáðàçöà èç ïó÷êà ÑÈ; 8 - äåòåêòîð (èçìåðåíèå îòðàæåííîãî

èçëó÷åíèÿ); 9 - ïîëîæåíèå äåòåêòîðà ïðè âûâåäåííîì çáðàçöå

(èçìåðåíèå èíòåíñèâíîñòè ïàäàþùåãî èçëó÷åíèÿ /î)

§ 34. Ñïåêòðîñêîïèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ 415