РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ОТДЕЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Учреждение Российской академии наук Научно-технологический центр уникального приборостроения­ РАН

На правах рукописи

Вагин Василий Алексеевич
ИК фурье-спектрометры для научных исследований и прикладных применений

Специальность 01.04.01 – приборы и методы экспериментальной физики

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

доктора технических наук

Москва – 2009

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Научно-технологический центр уникального приборостроения­ РАН
Научный консультант: д.ф.-м.н. Кирьянов А.П.

Официальные оппоненты: – д.т.н., профессор Ищенко Е.Ф.

• 
  д. ф. - м. н. Яковлев В.А.
  
• 
  д.х.н., Локшин Б.В.
  

Ведущая организация – Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет технологий и управления»

Защита состоится 16 декабря 2009 г. в 15 часов 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 002.135.01 Учреждения Российской академии наук Научно-технологический центр уникального приборостроения­ РАН, по адресу: 117342, Москва, ул. Бутлерова, 15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НТЦ УП РАН.
Автореферат разослан ____________ 2009 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета /Отливанчик Е.А./

к. ф. - м. н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа, представленная к защите, содержит результаты исследований и разработок семейства специализированных ИК фурье-спектрометров, предназначенных для научных экспериментов в различных областях физики, химии, биофизики, материаловедения и прикладных применений в производственных технологических линиях и контроле состава и качества различных веществ и видов продукции.

Работа обобщает результаты, полученные в ходе решения этой важной государственной проблемы лично автором, либо под его руководством и непосредственном участии в период 1972-2009 гг. в Научно-технологическом центре уникального приборостроения РАН. С использованием полученных результатов было создано более десяти типов фурье-спектрометров различного назначения, применяемых НИИ и организациями РАН, промышленности и Минобороны России при проведении экспериментальных исследований и практических применениях.

Актуальность темы. Многообразие возможностей применения Фурье-спектрометров для решения задач в области современной физики, химии, биофизики, материаловедения обеспечивается их известными преимуществами над другими видами спектрометров. К ним в первую очередь следует отнести:

• 
  фактор мультиплексности, заключающийся в одновременной регистрации всего исследуемого спектрального диапазона;
  
• 
  большой геометрический фактор - выигрыш в светосиле, обусловленной осевой симметрией интерферометра и значительными размерами входной диафрагмы;
  
• 
  высокую точность шкалы волновых чисел, которая обеспечивается точным измерением оптической разности хода интерферирующих световых пучков в интерферометре;
  
• 
  практически постоянное во всем исследуемом спектральном диапазоне разрешение, которое определяется величиной предельной оптической разности хода, достигаемой в интерферометре;
  
• 
  широкий диапазон исследуемого спектра, ширина которого определяется только областью пропускания светоделителя и областью спектральной чувствительности фотоприемника;
  
• 
  отсутствие (как правило) влияния на измеряемые спектры рассеянного излучения, являющегося одним из основных источников фотометрической погрешности в классических спектрометрах.
  

Указанные преимущества Фурье-спектрометров позволяют за время одного эксперимента производить высокоточные спектральные измерения исследуемых объектов (в газообразном, жидком и твердом состоянии) в широком диапазоне длин волн. Все это обеспечивает высокое качество получаемой информации, в результате чего такие приборы находят широкое применение, как в научных, так и прикладных исследованиях.
Цель работы – исследование и разработка семейства специализированных ИК фурье-спектрометров, предназначенных для научных экспериментов в различных областях физики, химии, биофизики, материаловедения и прикладных применений в производственных технологических линиях и контроле состава и качества различных веществ и видов продукции.

Основные задачи диссертации, обеспечивающие достижение поставленной цели:

1. 
   Исследование и разработка оптической схемы интерферометра, определение требований, предъявляемых к его основным элементам, и разработка принципа непрерывного сканирования для фурье-спектрометра высокого разрешения.
   
2. 
   Исследование, разработка и создание Быстросканирующего фурье-спектрометра субмиллиметрового диапазона. Разработка оптической схемы интерферометра и исследование особенностей его функционирования.
   
3. 
   Исследование, разработка и создание фурье-спектрометра широкого применения. Разработка оптической схемы прибора и исследование особенностей его функционирования.
   
4. 
   Исследование, разработка и создание портативного переносного фурье-спектрометра и на его основе - анализатора горюче-смазочных материалов. Разработка оптической схемы прибора.
   
5. 
   Исследование, разработка и создание оптоволоконного ИК фурье-спектрометра, Разработка оптической схемы прибора и исследование особенностей его функционирования.
   
6. 
   Разработка оптической схемы, принципов построения и функционирования многоцелевого ИК фурье-спектрорадиометра для исследования земной поверхности и атмосферы с борта спутника, а также для наземных дистанционных измерений.
   
7. 
   Исследование требований к стабилизации скорости сканирования в интерферометре фурье-спектрометра, обусловленных частотными характеристиками приемного тракта и необходимым отношением сигнал/шум в получаемом спектре.
   
8. 
   Исследование метода повышения отношения сигнал/шум в спектре в результате предварительного накопления интерферограмм
   
9. 
   Разработка и исследование нового класса оптимальных функций аподизации.
   

Методы исследования основываются на законах электродинамического взаимодействия электромагнитного излучения с элементами фурье-спектрометра, математическом анализе такого взаимодействия, теории вероятностей и математической статистике, компьютерном моделировании и экспериментальном макетировании.