Аппаратная функция спектрометра изображений на основе интерферометра Фабри-Перо

Введение
Спектрометр изображения - это измерительный прибор, который используется для изучения пространственного распределения спектрального состава излучения в оптическом диапазоне. На кафедре информационно-измерительных систем и физической электроники имеется спектрометр изображения на основе интерферометра Фабри-Перо, который пригоден для изучения параметров неоднородной плазмы, в том числе температуры. Однако в предыдущих работах отмечен необъяснимый рост атомной температуры вблизи границы разряда.

Целью данной работы является оценка аппаратной функции спектрометра изображений на основе интерферометра Фабри-Перо. Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи: определить аппаратный контур интерферометра Фабри-Перо при регистрации контура линии в центре интерференционной картины; произвести фокусировку спектрографа и оценить аппаратные искажения, вносимые спектрометром при регистрации внеосевых колец.

Аппаратная функция спектрометра изображений на основе интерферометра Фабри-Перо представляет собой свертку из нескольких независимых функций. Таким образом, можно выделить следующие факторы, влияющие на аппаратный контур:
- относящиеся к интерферометру (коэффициент отражения зеркал, непараллельность зеркал и качество их поверхностей);
- относящиеся к регистрирующей системе (конечные сканирующей диафрагмы).

Для того чтобы исключить влияние непараллельности зеркал на аппаратную функцию интерферометра, был проведен ряд экспериментов регистрации интерферограмм с различными размерами диафрагмы на рисующем объективе. Эксперимент показал, что контуры линий в центре интерферограммы и по краям (240 пикселей от центра) с полностью открытой диафрагмой объектива и с диафрагмой, открытой примерно на¬половину, совпадают.

Ширина аппаратного контура идеального интерферометра 5Ла определяется коэффициентом отражения зеркал:
ЗА = АЛ
WR (1)
где 5Ла - ширина аппаратного контура интерферометра, R - коэффициент отражения зеркал, ДЛ - постоянная интерферометра.
. . А2
АЛ =
2d (2)
где Л - длина волны, d - толщина интерферометра.

Для оценки коэффициента отражения зеркал был проведен следующий эксперимент: записаны интерферо- граммы с интерферометрами толщиной 10 и 8 мм. Далее были определены температура атомов в источнике по доплеровскому уширению линии источника и коэффициент отражения зеркал, при которых моделируемый и экспериментальный контуры совпадают и в случае интерферограммы, соответствующей интерферометру с толщиной 10 мм и в случае интерферограммы, соответствующей интерферометру с толщиной 8 мм.

Для уменьшения и учета искажений, вносимых спектрографом, была произведена фокусировка спектрографа. Для этого на входную щель спектрального прибора была надета узкая горизонтальная щель и была произведена запись изображений горизонтальной щели размером от 0,06 до 0,04 мм. Оказалось, что даже при минимальном размере горизонтальной щели, ее изображение имеет ширину 6 пикселей, что соответствует с учетом размера пикселя (0,0008 см) и фокусного расстояния рисующего (30 см) угловому интервалу 8ф=0.00016 рад. Это приводит к тому, что для кольца, отстоящего от центра на 240 пикселей, аппаратная функция спектрометра изображений будет представлять собой свертку функции, определяемой формулой
(1) , с функцией с шириной 8Аф -10-5Л.

Результаты
Таким образом, в результате работы:
- был определен коэффициент отражения зеркал интерферометра, на основе которого построен спектрометр изображения;
- было выяснено, что рост температуры к краю - это следствие неучета аппаратной функции измерительного комплекса;
- было определено аппаратное уширение внеосевых колец, вносимое спектрометром изображений.

Ю. В. Фёдорова