14-05-2020-АО_фильтры_в_спектроскопии (1)

1.

Москва
В.Э.Пожар
Современные проблемы
применения акустооптических
фильтров в спектроскопии
1

2.

Содержание доклада
I. Достижения акустооптической фильтрации
II. Постановка вопроса о еще нерешенных
проблемах в области АО устройств и приборов
III. Проблемы современного этапа. Перспективные
направления работы в области АО устройств и
приборов
IV. Заключение
2

3. I Достижения акустооптической фильтрации

3

4. Физические явления акустооптической фильтрации

f1
f2
f3
дефлектор
модулятор
f1
f2
f3
Pак
f
t
перестраиваемый
фильтр
f1
f2
f3
4

5.

Акустооптические фильтры:
• Семейство АО фильтров на парателлурите
• АО фильтры изображений
• Двойные монохроматоры
• Специализированные фильтры и устройства
5

6. Акустооптические спектрометры:

• Спектрометры ультрафиолетового (УФ), видимого и
инфракрасного (ИК) диапазонов
• Спектрометры для абсорбционной, эмиссионной,
люминесцентной и рамановской спектроскопии
• Спектрометры с пространственным разрешением –
для регистрации спектральных изображений
• Спектрометры с временным разрешением –
для регистрации быстропротекающих и переходных
процессов
6

7. Системы с АО фильтрацией:

• Авиакосмические системы
• Мобильные системы и оборудование для
применения в промышленных устройствах
• Спектральные системы для мониторинга
окружающей среды
• Видеоспектрометры и системы визуализации
7

8. II Постановка вопроса о еще нерешенных проблемах в области АО устройств и приборов

8

9.

С момента создания первого
акустооптического (АО) фильтра прошло 50
лет. За этот период оптические фильтры,
управляемые акустической волной, прошли
путь от многообещающих оптических
устройств до ключевых элементов сложных
спектральных систем.
Выше были перечислены достижения в
области АО фильтрации.
Но остались ли какие-либо нерешенные
проблемы в этой области?
9

10.

III
Проблемы
современного этапа.
Перспективные
направления работы в
области АО устройств
и приборов
10

11.

Приборы с произвольной
спектральной адресацией
11

12.

Методы АО спектрометрии
на основе произвольного спектрального доступа
Измеряемый спектр
T
Сканирующий спектрометр
время
АО спектрометр
Алгоритм перестройки
при измерении спектра
время
t
t
Выигрыш в быстродействии обеспечивается за счет :
СС СС
СС
K
Tнак ( max min ) T
Tизм
АОС
АОС
АОС
Tизм
K АОСTнак
( K 1) Tпер
CC
1. Меньшего числа измеряемых
точек : KАОС< K СС
2. Меньшего времени перестройки:
(K-1)·Tпер < ( T/ λ)·(λmax-λmin)
3. Меньшего времени накопления :
TАОС < T СС
12

13.

Методы АО спектрометрии
на основе произвольного спектрального доступа
Измеряемый спектр
T
Выборочные измерения
время
t
1. Уменьшение числа измеряемых точек спектра
2. Изменение порядка опроса длин волн
3. Изменение относительного времени измерений на разных длинах волн
4. Возможность изменения всех этих параметров в ходе измерения
13

14.

Модуляция акустических волн
1 10
500000000
9
1 10
8
1 10
7
1 10
6
Высокий
спектральный
контраст
о
2А
обеспечивается
двойной
монохроматизацией
излучения
50дб
bi
1 10
5
1 10
4
1 10
3
100
100
528
528
528.7
529.4
530.1
530.8
531.5
532.2
532.9
533.6
534.3
wi
535
535
Спектральная характеристика АО спектрометра
14

15. Спектрометры с временным разрешением

15

16. Стереоспектрометры изображений для получения трехмерной структуры объектов

Spectral Imaging Microscopic AOTF-based Device
Technical characteristics
Spectral range
0.4 - 0.75 mcm
Bandwidth
5 nm @ 630 nm
AOTF Aperture
8 mm 3
AOTF geometry
non-collinear
AOTF crystal
TeO2
Monochromator
Double
Polarizers
CaCO3
16

17.

440 nm
560 nm
Images of Blood smear
500 nm
= 460 nm
600 nm
700 nm
17

18. Рамановские АО спектрометры

Портативный спектрометр комбинационного рассеяния
на основе АО фильтров
18

19.

Медицинская диагностика
Спектры металлокомплексов гематопорфиринов
Raman spectrum of hematoporphyrine-Pt
metallocomplex
(He-Ne laser 633 nm, 10 mW)
response
12
6
0
1300
1500
1700
1900
2100
frequency shift, 1/cm
2300
Применения Рамановского АО спектрометра
2500
19

20.

Идентификация минералов
Спектры бриллианта в золотом кольце и фианита
Diamond gem in gold ring and Fianit crystal
1,0
0,5
0,0
0
500
1000
1500
2000
Применения Рамановского АО спектрометра
2500
20

21.

Тестирование алкогольных напитков
Спектры
Vodkaспирта,
and Ethylводки,
Alcohol воды
1,0
0,5
0,0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Применения Рамановского АО спектрометра
4500
21

22.

Анализ ГСМ
Спектры
авиационного
автомобильного
Comparinson
of differentиbrands
of petrol
бензинов
1,0
0,5
0,0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Применения Рамановского АО спектрометра
4500
22

23.

Приборы исследования окружающей
среды
23

24.

Подводная обсерватория
КР спектрометр на основе АО фильтра
24

25.

Подводный спекрофотометр
Sea-water absorption analysis in pumpable tube
25

26.

Прототип – АО спектрометр «Полас»
Двухканальный
поляризационный
авиа-судовый
спектрометр
«Полас»
Дистанционное зондирование
с борта самолета
26

27.

Прототип – АО спектрометр «Трассер»
Дистанционное
зондирование
со спутника
Двухканальный
поляризационный
космический
спектрометр
«Трассер»
27

28.

Двухканальный АО
спектрометр
с программируемым
режимом работы
ФЭУ
АО монохроматор
Контроллер
ВЧ устройства
Бортовой компьютер
Переключатель каналов
Калибровочный
источник
28

29.

Газоаналитический трассовый
спектрофотометр
(ГАОС)
Spectral range 0.25-0.43 mcm
Spectral Resolution 0.04 nm
Double-crystal AO Cell
29

30.

СХЕМА НАТУРНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Азовское море
Баренцево море
Черное море
Средиземное море
Охотское море
Японское море
Самолет-лаборатория,
борт Ту-134
11:52:38
Баренцево море, р-н Мурманска,
12:02:17
12:05:13
12:06:58
12:13:45
2.5
12:19:13
12:22:25
12:26:08
2
12:29:58
12:32:57
12:42:59
1.5
12:44:59
12:46:57
12:52:14
12:56:15
1
13:05:58
13:07:58
13:08:11
0.5
13:11:25
13:12:27
13:14:19
13:15:59
0
13:26:57
436
469
509
558
618
695
795
nm
0,09
0,08
0,07
КСЯ толщи воды
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
400
450
500
550
600
650
700
750
800
-0,01
30
, нм
N1
N2
N3
N4(2)
N5
N6
N7
N8
N9
N10
N11
N12
N13
N14
N15
N16

31.

Detectable substances
• Nitric dioxide
• Sulfur dioxide
• Formaldehyde
• Benzene
• Toluene
• Phenol
Detection threshold
of indicated gases
is less than
permissible level for
inhabitant area
• Xylene
• Ethyl-Benzene
• Naphthalene
31

32.

IV
Заключение
32

33. Существует целый ряд нерешенных задач. Некоторые из них относятся к некорректным задачам и не могут быть решены полностью.

Другие требуют перебора большого числа
вариантов и могут быть решены только
численно.
Акустооптическая спектрометрия может
рассматриваться как подотрасль науки и
техники.
33