Физическая энциклопедия - детектирование света

(демодуляция света), преобразование модулиров. колебаний поля оптич. частоты (1013-1015 Гц) с целью выявления закона модуляции интенсивности поля, его частоты или фазы (см. МОДУЛЯЦИЯ СВЕТА). Д. с. основано на нелинейной (чаще всего квадратичной) зависимости фототока приёмника (фотоэлемента) от напряжённости Е электрич. поля световой волны. Вопрос о возможности Д. с. впервые возник в связи с исследованием дублетов в тонкой структуре ат. спектров. Любая модуляция (амплитудная, частотная, фазовая) световой волны ведёт к изменению спектр. состава первоначально монохроматич. излучения. Рис. 1. Принципиальная схема устройства для детектирования света. И наоборот, наличие дублетов в спектре можно рассматривать как результат модуляции. Поэтому демодуляц. анализ был применён для обнаружения дублетного расщепления. Схема соответствующего устройства приведена на рис. 1 и является оптич. аналогом радиоприёмника. Монохроматор, выделяющий исследуемый дублет, играет роль резонансного контура, а фотоэлемент роль демодулятора. Электрич. поле каждой линии дублета может быть представлено в виде E(t)=A(t)cos(wt-j(t)), (1) где А (t) и j(t) ф-ции, изменяющиеся со временем t медленно по сравнению с оптич. частотой w спектр. линии. Результирующее поле дублета с частотами w1 и w2 на фотоэлементе имеет вид: Ток фотоэлемента, усреднённый за время, малое по сравнению с периодом биений t=1/(w1-w2), но большее по сравнению с периодом T=1/w, изменяется по закону: Если А, j, w1, и w2 не зависят от времени, то спектры Е(t) и Е2(t) имеют вид, изображённый на рис. 2. Спектр Е2(t) состоит из пост. составляющей (0=0 и разностной частоты W=|w1-w2|. Т. к. каждая линия дублета имеет спектр, ширину Dw, то реальные спектры Е(t) и E2(t) имеют вид, изображённый на рис.

3. Максимум в спектре E2(t) лежит вблизи разностной частоты W и имеет ширину порядка ширины компонентов дублета. Для обнаружения дублетного расщепления посредством анализа спектра демодулиров. колебания необходим колебат. контур с добротностью Q=|w1-w2|/Dw. При Dw=109с-1 даже весьма плохой контур (с Q»10) позволяет обнаружить дублетное расщепление |w1-w2|=1010c-1.

В то же время для обнаружения такого дублетного расщепления обычными оптич. спектр. приборами необходимо, чтобы они имели разрешение R=w1/Dw?106 (w1»1015 с-1), что практически не достигается даже в лучших спектр. приборах. Демодуляц. анализ имеет особенно важное значение при анализе спектра излучения газовых лазеров, у к-рых значения Dw и |w1-w2| лежат в диапазоне Dw»104 с-1 и |w1-w2|»106 с-1.

Рис. 2. Спектры Е(t) и Е2(t) в случае не зависящих от времени A, j, w1 и w2. Рис. 3. Реальные спектры. Е (t) и E2(t) для дублета. Высокая степень когерентности, направленности и монохроматичности лазерного излучения позволяет использовать также для демодуляц. анализа т. н. супергетеродинный метод, где в кач-ве гетеродина применяется лазер. По гетеродинной схеме можно определить закон изменения частоты или фазы исследуемого излучения, что используется при т. н. доплеровском лоцировании объектов, позволяющем определять их скорости. В этом случае принимаемым сигналом явл. излучение лазера, отражённое от движущегося объекта. Частота этого излучения сдвинута относительно частоты лазера-гетеродина на величину, пропорц. скорости объекта (Доплера эффект). Существ. развитие этот метод получает при определении скорости сверхмедленно движущихся объектов, напр. ледников или континентальных плит земной коры. .