Пример использования OSA для определения параметров оптических усилителей

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910

Измерение характеристик оптических усилителей ввиду ряда специфических особенностей требует самостоятельного рассмотрения, поэтому здесь очень кратко рассмотрим данный вид измерений, который включает OSA и перестраиваемый по длине волны и уровню выходной мощности лазер. В этом случае рабочая точка усилителя устанавливается с помощью лазера, а OSA используется для измерения сигнала и спектра шумов до и после усиления. На основе этих двух измерений определяются основные показатели оптического усилителя - его усиление и шум.

Измерение мощности сигнала на входе и выходе не отличается от других методов измерений мощности, в то время как измерение выходного шума усилителя является более сложной задачей. Это с одной стороны связано со значительным превышением уровня сигнала над уровнем шума на рабочей длине волны, и усилением шума присутствующего во входном сигнале в полосе пропускания усилителя, который после усиления добавляется к выходному шуму усилителя. Вследствие того, что усиленный лазерный сигнал "скрывает" уровень шума на интересующей нас длине волны, для его измерения наиболее часто используют метод интерполяции. Как и при других измерениях шума, большое значение имеет точность проведения всех измерительных операций, в частности, необходимо аккуратно пользоваться предусмотренными для этих целей в большинстве OSA маркерами, например, маркером шума, который автоматически учитывает характеристики оптического фильтра монохроматора и его эффективную полосу пропускания. Если функция маркера шума недоступна, может возникнуть необходимость в определении параметров фильтра монохроматора как дополнительной процедуры измерения. Кроме этого в ряде случаев требуется сопоставление показаний OSA с показаниями измерителя мощности и др.

SYRUS SYSTEMS Современные задачи измерений в волоконно-оптических системах передачи А. Б. Иванов, главный эксперт, к. т. н. В настоящее время большое количество национальных и международных организаций вовлечены в процесс стандартизации волоконно-оптических измерений. В США наиболее активной из них является Ассоциация электронной промышленности (EIA), которая впервые опубликовала свои предложения как процедуры волоконно-оптического тестирования (FOTP). Хотя EIA - это американская организация, она существенно повлияла на процесс стандартизации во многих странах мира. Другими группами, участвующими в разработке методов измерений волоконной оптики в США являются Национальный институт стандартов и технологий (NIST, прежний NBS) и Департамент обороны (DOD), усилие которых совместно с EIA положили основу международных стандартов, устанавливаемых Международной электротехнической комиссией (IEC). Требования выдвигаемые отраслями промышленности учитываются в специальных созданных комитетах, например, Международном комитете по телефонии и телеграфии (CCITT), который опубликовал свои рекомендации под номерами G.651 (Многомодовое волокно) и G.652 (Одномодовое волокно) для телефонных компаний. Как правило, процесс стандартизации измерений не успевает за быстрым развитием волоконной оптики, поэтому рекомендуется проводить тщательный анализ текущей литературы по данному вопросу. Здесь же мы дадим общее представление задач измерений с позиций объекта измерения. Основные виды измерений волоконной оптики В общем случае весь спектр измерений в волоконно-оптических телекоммуникационных системах можно разделить на два основных типа, это системные и эксплуатационные измерения. Первые заключаются, например, в определении целостности волокна при помощи оптического рефлектометра, а вторые - в определении функционирования системы с позиций параметров передачи, примерами которого являются измерение потерь, измерение дисперсии и измерение ширины линии лазера. Для обеспечения работоспособности и соответствия проектным параметрам волоконно-оптических телекоммуникационных систем, необходимо проводить множество как системных, так и эксплуатационных измерений, которые в свою очередь отличаются методикой и используемыми средствами измерений. Не останавливаясь на детализации данных вопросов, рассмотрим основные виды измерений (рис. 1), следующие из влияния параметров оптических компонентов на качественные показатели современных телекоммуникационных систем.

Измерения параметров оптического волокна Согласно приведенному рисунку, данные измерения в зависимости от типа волокна включают измерение затухания, межмодовой и хроматической дисперсии, цифровой апертуры, диаметра сердцевины, длины волны отсечки и размера модового пятна. Многомодовое волокно Наиболее важным параметром оптических волокон является затухание, измерение которого осложняется распространением большого количества мод в данном волокне, каждая из которых имеет свои собственные характеристики распространения. Поэтому пользователи волоконно-оптических сетей пришли к мнению, что для измерения ослабления, волокно должно быть возбуждено в режиме равновесного распределения мод (EMD), соответствующего распределению после достаточно большой длины волокна, а измерение должно быть проведено путем сравнения вносимых потерь короткого эталонного волокна с потерями всего тестируемого волокна. Для этой цели могут использоваться источник и измеритель оптической мощности, а при необходимости получения дополнительной информации о равномерности ослабления на всей протяженности волокна необходимо проводить анализ обратно рассеянного сигнала при помощи оптического рефлектометра. Межмодовая дисперсия - это технический термин для обозначения расширения импульса (сужения полосы пропускания) вследствие неравных скоростей распространения различных мод. Основная концепция измерения межмодовой дисперсии заключается в возбуждении волокна коротким EMD импульсом с последующим измерением ширины импульса на конце волокна. При этом для измерения должен быть использован источник с узкой шириной спектра, например, как у лазерного диода. Хроматическая дисперсия - это расширение импульса вследствие отличия скоростей различных длин волн, содержащихся в спектре источника, которое отражает свойство материала волокна. Поэтому при хроматической дисперсии расширение импульса непосредственно зависит от ширины спектра источника. Так как хроматическая дисперсия не может быть непосредственно измерена, для ее определения необходимо учитывать значение межмодовой дисперсии. Цифровая апертура (NA) и диаметр сердцевины определяют то значение мощности, которое можно ввести в многомодовое волокно. NA определяет максимальный угол направленных лучей в волокне и всегда измеряется на выходе волокна (на его отделенном конце), допуская, что максимальный угол, наблюдаемый на выходе, приблизительно равен максимальному углу на входе, а в волокно введены все моды. Диаметр сердцевины измеряется на выходном конце волокна путем измерения распределения мощности при полном возбуждении на входе. Одномодовое волокно Если длина волны измерения больше длины волны отсечки одномодового волокна, в нем будет распространяться только одна мода. При таком условии измерения ослабления одномодового волокна значительно проще, чем аналогичные измерения многомодовых кабелей, и, согласно методу обрыва, выполняются в два этапа: сначала измеряется выходная мощность на удаленном конце волокна с повторным измерением на части отрезанного у входного конца волокна. Разность уровней мощности, выраженная в оптических дБ, и является ослаблением. При необходимости получения дополнительной информации о равномерности ослабления на всей протяженности волокна необходимо проводить анализ обратно рассеянного сигнала при помощи оптического рефлектометра. Полоса пропускания одномодового волокна зависит только от хроматической дисперсии, поэтому для ее определения влияние модовой дисперсии можно не принимать в расчет. Основная идея измерения в этом случае заключается в измерении импульсной характеристики волокна путем сравнения импульсов на его входе и выходе, а также в измерении амплитуды выходного сигнала при возбуждении волокна амплитудно-модулированным синусоидальным сигналом переменной частоты. Длина волны отсечки одномодового волокна определяет самую низкую длину волны, которую следует использовать, если особую важность имеет высокая полоса пропускания, так как ниже длины волны отсечки будет распространяться большее количество мод. Поэтому длина волны отсечки измеряется вводом в короткое волокно широкого спектра излучения, например, от вольфрамовой лампы, а затем осуществляется измерение ослабления каждой спектральной составляющей. Длина волны отсечки в этом случае определяется как отсутствие непрерывности кривой ослабления, ибо наличие большего количества мод позволяет большему объему возбужденной мощности достичь конца волокна. Другой метод измерения основан на условии, что моды высокого порядка более чувствительны к изгибам волокна, чем фундаментальные моды. Для проведения этих измерений источник должен обеспечивать стабильность интенсивности излучения и постоянство длины волны, согласованной со спектральной чувствительностью детектора. Диаметр модового пятна характеризует расстояние между двумя точками, в которых измеренная мощность составляет 1/е от максимальной мощности при условии аппроксимации излучения фундаментальной моды одномодового волокна лучом Гаусса как внутри него, так и снаружи. Особенностью луча Гаусса является то, что он полностью определяется только двумя показателями: радиусом точки и длиной волны. Поэтому характеристики излучения, в частности, поле на выходе волокна, может быть определено исходя из этих показателей. Измерения параметров источников излучения Измерения параметров источника излучения определяются типом источника и включают измерение выходной мощности, центральной длины волны, количества мод, ширины спектра излучения, полосы частот модуляции, линейной частотной модуляции (ЛЧМ) оптического импульса, ширины линии, поля гауссовского луча, размера источника и поля удаленной зоны. Светодиоды Светодиоды (LED) характеризуются почти линейной зависимостью мощности излучения от тока возбуждения, контролируемой посредством измерителя мощности, по показаниям которого может быть определен коэффициент передачи и нелинейность преобразования. Вследствие большой ширины спектра излучения точность измерения определяется зависимостью длины волны фотодиода от составляющих спектра. При измерении полосы частот модуляции LED модулируется генератором, а PIN диод используется для преобразования модулированного оптического сигнала в электрический сигнал, измеряемый осциллографом, который отображает частотную характеристику. Лучшим решением в этом случае является анализатор электрического спектра с оптико-электронным преобразованием на входе приемника. Центральная длина волны и ширина спектра могут быть измерены при помощи оптического анализатора спектра. Это измерение является очень важным, потому что его результат позволяет оценить влияние дисперсии на передачу импульсов. Размер излучающей области и излучение на удаленном конце должны быть измерены непосредственно на микросхеме LED, т.е., без волокна. Размер может быть определен путем анализа его изображения, тогда как измерение углового распределения мощности должно производиться на некотором расстоянии от источника. Для обеспечения высокой эффективности соединения необходимы узкие ближнее и дальнее поля. Лазерные диоды Зависимость выходной мощности от тока лазерных диодов (LD) может быть измерена при помощи различных источников тока и измерителя мощности. Основным измерением в данном случае является определение значения порогового тока, так как оно определяет начало стимулированной эмиссии лазера. Другим важным результатом измерения является определение коэффициента передачи LD, выраженного в Вт/А. Вместо возбуждения LD постоянным током в этом случае из-за исключения перегрева микросхемы лучше использовать импульсное возбуждение. Полоса частот модуляции LD может быть измерена описанным выше способом, за исключением того, что для выполнения измерений требуется соответствующее измерительное оборудование из-за значительно более высокой полосы пропускания LD. Центральная длина волны и количество мод должны быть измерены при помощи анализатора оптического спектра. Этих измерений обычно достаточно для использования LD в системах, использующих модуляцию по интенсивности излучения с последующим прямым детектированием. Измерение ЛЧМ импульса, рассматриваемого как нежелательное смещение длины волны, вызванное модуляцией интенсивности, может оказаться важным для обеспечения высокого уровня функционирования при прямом детектировании. Для когерентных систем необходимы лазерные диоды, излучающие одну длину волны (продольную моду). В этом случае особое значение приобретают измерения спектральной ширины линии, которые могут быть выполнены интерферометрическими методами. Характеристики излучения лазерного диода в удаленной зоне могут быть аппроксимированы эллиптической формой луча Гаусса, которая связана с тем фактом, что излучающая область представляет собой длинную полосу вместо идеального круга. Удаленное измерение, т.е., анализ интенсивности на некотором расстоянии от излучающей области, дает параметры луча Гаусса, которые в дальнейшем позволяют осуществить подсчет эффективности соединения, особенно эффективности соединения с одномодовым волокном. Измерения параметров фотоприемника Измерение параметров фотоприемника, также как источников излучения, определяются типом фотодиода и включают измерение спектральной чувствительности, полосы пропускания, темнового тока, эквивалентной мощности шума (NEP), избыточного шума и коэффициента усиления, для лавинных (APD) диодов. Оптические детекторы созданы для выполнения двух целей - обнаружения сигнала в телекоммуникационных приемниках и измерения оптической мощности. В первом случае необходим как можно меньший диаметр активной области, потому что эквивалентная мощность шума пропорциональна его значению, а полоса пропускания обратно пропорциональна площади активной области. В случае измерения мощности необходима большая активная область, так как это способствует повышению точности измерения. Чувствительность фотодиода - это отношение генерируемого тока к входной мощности оптического излучения, причем чувствительность PIN и APD фотодиодов в значительной степени зависит от длины волны. В связи с этим измерение проводится обычно с использованием вольфрамовой лампы и калиброванного перестраиваемого монохроматора. При использовании APD, приложенное к нему высокое напряжения вызывает умножение количества генерированных носителей, что приводит к эффекту усиления, который также может быть измерен с применением вышеописанного метода. Полоса пропускания (демодуляции) фотодиода может быть определена с помощью лазерного источника гармонических колебаний, а лучше всего с помощью электронного анализатора спектра с электронно-оптическим преобразованием сигнала генератора. Более сложным из-за ограниченной полосы пропускания модуляции лазерных диодов является измерение детекторов с полосой пропускания, равной нескольким ГГц. Единственно возможным решением является внешняя модуляция LD при помощи модулятора и смешения двух лучей лазерных диодов с узкой шириной линии посредством нелинейного электрического преобразования поле-ток тестируемого детектора. В этом случае частота генерируемого фототока будет равна разности двух используемых оптических частот. Очень важной характеристикой фотодиода является эквивалентная мощность шума из-за ее влияния на предельную чувствительность приемника. В идеале NEP пропорциональна квадратному корню темнового тока, что и позволяет выполнять ее измерение. Более точным является измерение, проводимое при помощи электронного анализатора спектра для того, чтобы охарактеризовать спектральную плотность NEP. В APD фактор дополнительного шума вызывается процессом умножения и может быть измерен при помощи того же анализатора спектра. Измерения вносимых потерь Измерения при введении какого-либо компонента в волоконно-оптическую линию связи включают измерение вносимых потерь, возвратных потерь и при необходимости - повторяемости вставки компонента. Данные измерения рассмотрим на примере оптических коннекторов, которые могут существенно ухудшить функционирование систем передачи и осуществление волоконно-оптических измерений. Вносимые потери коннекторов являются наиболее важной характеристикой соединения, а их измерение выполняется посредством LED источника излучения, двух коротких волоконно-оптических кабелей с двумя тестируемыми коннекторами и измерителя мощности. На первом этапе производится измерение оптической мощности, излучаемой от одного конца первого кабеля и первого коннектора. Затем осуществляется соединение и измеряется мощность на конце второго кабеля. Разница между двумя измеренными значениями мощности (выраженная в оптических дБ) и определяет вносимые потери. В случае использования многомодовых коннекторов результаты измерений должны учитывать характер возбуждения, а при использовании одномодовых коннекторов - должно контролироваться распространение только фундаментальной моды. Для процесса измерения особое значение имеет повторяемость вносимых потерь. Она может быть протестирована путем измерения вносимых потерь при ряде соединений коннекторов. Возвратные потери одномодовых коннекторов также представляют существенный интерес, что связано с чувствительностью лазера к обратному отражению, которое вызывает дополнительный шум и изменение излучаемого спектра. Другой причиной является то, что предельные возвратные потери всегда сопровождаются помехами в соединении коннекторов, что влечет за собой невозможность воспроизведения измерений. Возвратные потери определяются как отношение передаваемой оптической мощности к отраженной оптической мощности и выражаются в оптических дБ. Они могут быть измерены при помощи рефлектометра с высокой разрешающей способностью. Более простым способом является измерение с помощью лазерного источника и измерителя мощности с разделением отражения от тестируемой пары коннекторов с помощью волоконно-оптического ответвителя. Системные измерения Системные измерения включают измерение непрерывности волокна, коэффициента битовых ошибок, чувствительности и глазковой диаграммы. Инженеры, отвечающие за нормальное функционирование волоконно-оптических систем телекоммуникаций, редко интересуются характеристиками приборов. В центре их внимания находится только функциональные возможности последних. Поэтому в настоящее время наиболее распространенным прибором является оптический рефлектометр, который позволяет обнаруживать наличие и месторасположение разрывов волокна. Вторым широко используемым прибором является BER анализатор, позволяющий определить другую важную характеристику системы с точки зрения ее функционирования - коэффициент битовых ошибок (BER) - количество (полученных) ложных битов относительно общего количества переданных битов. Более детальные измерения, как правило, проводятся во время проектирования и инсталляции системы. На этих этапах важным становится вопрос чувствительности, представляющей наименьший уровень мощности, который приводит к необходимому значению BER, что также измеряется при помощи BER анализатора. Для уменьшения уровня передаваемой мощности до тех пор, пока скорость ошибок не превысит заранее определенное значение, в этом случае используется оптический аттенюатор. Еще более специфическим является измерение глазковой диаграммы, для чего передатчик модулируется с псевдослучайной последовательностью (PRBS), а полученный (аналоговый) сигнал отображается на осциллографе с использованием системного генератора для его запуска. В этом случае на экране отображается большое количество различных диаграмм, которые позволяют приблизительное определить системные параметры, такие, как фазовое дрожание, отношение сигнал/шум и межсимвольную интерференцию. Необходимость в новых измерениях и приборах Рассмотренные выше измерения являются наиболее распространенными и применяются в настоящее время при инсталляции и эксплуатации одноволновых систем передачи. С развитием многоволновых систем, в частности, WDM систем, использующих мультиплексирование по длинам волн, возникает необходимость проведения измерений ряда дополнительных параметров. Основным новым требованием тестирования и мониторинга систем WDM уплотнения является необходимость получения точной характеристики компонентов и линий связи в функции длины волны, что в наибольшем объеме позволяет осуществить анализатор оптического спектра, являющийся основным прибором, используемым при разработке сетей, в исследовательских и испытательных лабораториях. Однако сегодня такие измерения необходимы и в полевых условиях, которые существенно отличаются от стабильных, строго контролируемых условий работы в лабораториях. Параметры, которые необходимо измерять в полевых условиях В настоящее время, с учетом спектральной области в полевых условиях, необходимо проводить следующие основные виды измерений:

измерение мощности канала, которое необходимо для определения распределения мощности во всей полосе рабочих частот оптических усилителей, используемых в линии связи, т.е. для измерения "спектральной однородности" оптической мощности;
измерение центральной длины волны канала и канальных интервалов проводится с целью обнаружения нежелательных смещений в DFB лазерных источниках излучения;
измерение отношения сигнал/шум, которое должно проводиться для каждого канала системы WDM уплотнения, так как это лучший показатель уровня работы всего канала, при этом измерение шума должно основываться на измерении минимального уровня шума между каналами;
измерение перекрестных помех является очень важным, так как оно определяет уровень нежелательного сигнала (шум плюс помехи от других каналов) в полосе пропускания тестируемого канала и представляет собой двухступенчатую операцию;
измерение общей оптической мощности, выполняемое путем суммирования значений мощности отдельных каналов, позволяет установить негативные влияния нелинейных явлений оптического волокна, которые зависят от общей мощности распространяемого в нем оптического излучения;
измерение поляризационной модовой дисперсии, которое должно проводиться перед инсталляцией высокоскоростных систем, так как пренебрежение этим фактором может привести к необходимости значительного увеличения запаса мощности, а в ряде случаев и к невозможности достижения требуемых характеристик системы передачи.

Измерения в системах передачи с оптическими усилителями В общем случае определение возможности использования того или иного оптического усилителя в системе передачи требует измерения влияния введения усилителя в линию связи с использованием рассмотренных выше измерений вносимых потерь, возвратных потерь, системных измерений, а также показателей усиления и шума для широкого диапазона длин волн. В принципе, измерение параметров оптических усилителей представляет собой расширение методов измерений на одной длине волны, так как оптическое усиление в многоканальных системах измеряется для длины волны каждого канала при определенных исходных данных, включающих уровень мощности и длины волн каналов или такие события, как, например, добавление или удаление канала.

Измерение коэффициента усиления зависит от режима усилителя, поэтому различают измерения слабого и большого сигналов. Первый вид измерений основан на использовании многоканального метода, заключающегося в сравнении входной и выходной мощности на длине волны каждого канала аналогично одноволновому методу. Отличие состоит в том, что вместо регулировки одного лазера для многоканального измерения все лазеры регулируются синхронно, а добавление небольшого пробного сигнала позволяет производить динамичное изменение спектра и изменение усиления между каналами. Во втором случае измерение основано на объединении мощности четырех лазеров, например, посредством направленного ответвителя с последующим измерением выходного сигнала анализатором оптического спектра.
Измерение шума оптического усилителя осуществляется электрическим методом, позволяющим дать наиболее полную оценку шумовых параметров усилителя, включая такие эффекты, как гетеродинный свист и помехи многолучевого распространения. Для измерения показателя шума усилителя в соответствии с данными методами необходимо определить усиление, входную мощность и плотность спектрального распределения шумов усилителя.
Измерения центральной длины волны, полосы пропускания и амплитудно-частотной характеристики усилителя, определяющих его частотные свойства и неравномерность усиления в полосе пропускания, выполняются посредством перестраиваемого лазера и анализатора оптического спектра согласно аналогичным измерениям других волоконно-оптических компонентов.

Выводы Учитывая все возрастающую роль контроля в телекоммуникациях, рассмотрены задачи измерений современных волоконно-оптических систем передачи в электросвязи. Показано, что провайдерам телекоммуникационных услуг, желающим использовать передовые технологии необходимо подготовиться к выполнению новых требований, число которых значительно превышает количество требований, предъявляемых оборудованием предыдущего поколения. Кроме этого, они должны быть готовы к проведению сложных процедур тестирования в полевых условиях на существующих линиях и оборудовании. В частности, зависимость функционирования системы от длины волны, ранее представлявшая интерес только в исследовательских целях, теперь должно приниматься во внимание на протяжении всего времени функционирования сети, от ее проектирования и инсталляции до технического обслуживания. В связи с этим, во многих случаях профессиональные навыки работников должны быть повышены, ибо процедуры оценки сетей работающих на одной длине волны, которые являются достаточно очевидными и дают очень ясные результаты, типа прошел / не прошел, значительно боле сложны при работе с многоволновыми системами из-за неочевидности и неоднозначности результатов. Специалисты, занимающиеся планированием, разработкой, инсталляцией, обеспечением функционирования и техническим обслуживанием сетей, не способные справиться с проблемами, которые ставит пред ними использование новой технологии, не смогут воспользоваться и предлагаемыми ею преимуществами.

Она, как видим, опpеделяется пеpиодом pешетки: чем меньше пеpиод, тем больше диспеpсия. Разpешающая способность оптического пpибоpа показывает, как хоpошо пpибоp pазделяет мельчайшие детали пpедмета. В случае pешетки под pазpешающей способностью подpазумевается отношение длины волны к pазности длин волн, котоpые pешетка еще способна pазpешить. Считается, что pешетка pазpешает две соседние линии спектpа, если максимум одной из них попадает в ближайший минимум дpугой линии. Рис. 1.17 изобpажает эту кpайнюю ситуацию. Ближайший минимум пеpвого главного максимума для дли-ны волны

находится из условия

. (1.33)

Пусть пеpвый главный максимум ближайшей линии попадает в этот минимум. Тогда можно записать следующее уpавнение:

(1.34) Из фоpмул (1.33) и (1.34) следует, что

(1.35) Отсюда находим pазpешающую способность pешетки:

(1.36) Как видим, pазpешающая способность pешетки pавна числу щелей. Мы pассмотpели дифpакцию на одномеpной pешетке, когда пеpиодичность pешетки наблюдается лишь в одном измеpении. Но можно пpедставить pешетки двухмеpные (напpимеp, две скpещенные одномеpные pешетки) и тpехмеpные. Типичным пpимеpом тpехмеpной pешетки является кpисталл. В нем атомы (пpомежутки между пpосветами) обpазуют тpехмеpную систему. Можно наблюдать дифpакцию света на кpисталлах. Только видимый свет для этой цели не годится, т.к. пеpиод такой pешетки слишком мал (поpядка

м). Для этих целей можно использовать pентгеновские лучи. В каждом кpисталле можно выделить не одну, а несколько пеpиодически pасположенных плоскостей, на котоpых в свою очеpедь в пpавильном поpядке

pасполагаются атомы кpисталлической pешетки. На pис. 1.18 пpиведены две такие совокупности (pазумеется, можно найти больше). Рассмотpим одну из них. Рентгеновские лучи пpоникают внутpь кpисталла и отpажаются от каждой плоскости этой совокупности. В таком случае мы получаем множество когеpентных пучков pентгеновских лучей, между котоpыми существует pазность хода. Пучки интеpфеpиpуют между собой подобно тому, как интеpфеpиpуют световые волны на обычной дифpакционной pешетке, пpоходя чеpез щели. Вся теоpия дифpакции пучков может быть повтоpена. Как и в случае обычной дифpакции, пpи дифpакции pентгеновских лучей на кpисталле обpазуются главные максимумы интенсивности, котоpые могут быть воспpиняты фотопленкой. Эти максимумы имеют вид пятен (а не линий, как в дифpакции на обычной pешетке). Это объясняется тем, что каждая плоскость пpедставляет собой двухмеpную pешетку. Под какими же углами наблюдаются пятна, отвечающие главным максимумам?

Рассмотpим два соседних пучка, как показано на pис. 1.19. Между ними pазность хода лучей pавна 2d sin

, где d- межатомное pасстояние. Пеpвый главный максимум опpеделяется из условия:

(1.37) Как и в случае с обычной pешеткой, можно доказать, что под углом

, опpеделяемым данным условием, любые два пучка усиливают дpуг дpуга, т. е. условие (1.37) есть действительно условие главных максимумов. Оно называется условием Вульфа-Бpегга. Каждая совокупность пеpиодически pасположенных плоскостей дает свою систему пятен. Расположение пятен на фотопленке полностью опpеделяется pасстоянием между плоскостями d. Анализиpуя общую каpтину пятен-максимумов, можно найти несколько значений d: d1, d2,... По этой совокупности паpаметpов, в свою очеpедь, можно установить тип кpисталлической pешетки и опpеделить для нее pасстояния между атомами. Таким обpазом, дифpакция pентгеновских лучей на кpисталлах дает нам мощный метод опpеделения стpуктуp кpисталлов и вообще молекуляpных систем, в котоpых атомы pасполагаются в пpавильном поpядке. Кpоме кpисталлов к таким системам относятся, напpимеp, сложные молекулы биологических систем, в частности хpомосомы живых клеток. Анализ стpоения кpисталлов с помощью дифpакции pентгеновских лучей составляет целую науку, именуемую pентгено-стpуктуpным анализом. Дифpакция pентгеновских лучей может быть использована и для pешения дpугой задачи: пpи известном d опpеделить

. На таком пpинципе стpоятся pентгеновские спектpогpафы.

СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ,физич. метод качественного и количественного определения атомного и молекулярного состава вещества, основанный на исследовании его спектров. Физич. основа С. а.- спектроскопия атомов и молекул, его классифицируют по целям анализа и типам спектров (см. Спектры оптические). Атомный С. а. (АСА) определяет элементный состав образца по атомным (ионным) спектрам испускания и поглощения, молекулярный С. a. (MCA) - молекулярный состав веществ по молекулярным спектрам поглощения, люминесценции и комбинационного рассеяния света, Эмиссионный С. а. производят по спектрам испускания атомов, ионов и молекул, возбуждённым различными источниками электромагнитного излучения в диапазоне от

-излучения до микроволнового. Абсорбционный С. а. осуществляют по спектрам поглощения электромагнитного излучения анализируемыми объектами (атомами, молекулами, ионами вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях). Историческая справка.В основе АСА лежит индивидуальность спектров испускания и поглощения хим. элементов, установленная впервые Г. P. Кирхгофом и P. Бунзеном (1859-61). В 1861 Кирхгоф доказал на основе этого открытия присутствие в хромосфере Солнца ряда элементов, положив начало астрофизике. В 1861-1923 с помощью АСА было открыто 25 элементов. В 1932 спектральным методом был открыт дейтерий. Высокая чувствительность и возможность определения MH. элементов в пробах малой массы сделали АСА эффективным методом качественного анализа элементного состава объектов. В 1926 нем. физик В. Герлах положил начало количественному С. а. Для развития С. а. и внедрения его на пром. предприятиях СССР большую роль сыграли Г. С. Ландсберг, С. Л. Мандельштам, А. К. Русанов Атомный спектральный анализ (АСА) Эмиссионный АСА состоит из следующих осн. процессов: 1) отбор представит, пробы, отражающей средний состав анализируемого материала или местное распределение определяемых элементов в материале; 2) введение пробы в источник излучения, в к-ром происходят испарение твёрдых и жидких проб, диссоциация соединений и возбуждение атомов и ионов; 3) преобразование их свечения в спектр и его регистрация (либо визуальное наблюдение) с помощью спектрального прибора', 4) расшифровка полученных спектров с помощью таблиц и атласов спектральных линий элементов. На этой стадии заканчивается качественный АСА. Наиболее результативно использование чувствительных (т. н. "последних") линий, сохраняющихся в спектре при минимальной концентрации определяемого элемента. Спектрограммы просматривают на измерит, микроскопах, компараторах, спектропроекторах. Для качественного анализа достаточно установить наличие или отсутствие аналитич. линий определяемых элементов. По яркости линий при визуальном просмотре можно дать грубую оценку содержания тех или иных элементов в пробе. Количественный АСА осуществляют сравнением интенсивностей двух спектральных линий в спектре пробы, одна из к-рых принадлежит определяемому элементу, а другая (линия сравнения) - осн. элементу пробы, концентрация к-рого известна, или специально вводимому в известной концентрации элементу ("внутреннему стандарту"). В основе количественного АСА лежит соотношение, связывающее концентрацию с определяемого элемента с отношением интенсивностей линии определяемой примеси (I₁) и линии сравнения (I₂): I₁/I₂= ас^ь (постоянные а и b определяются опытным путём), или Ig (I₁/I₂) = b lg с+ lg а. С помощью стандартных образцов (не менее 3) можно построить график зависимости Ig(I₁/I₂) от Ig с (градуировочный график, рис. 1) и определить по нему а и Ь. Значения I₁ и I₂ можно получать непосредственно путём фотоэлектрич. регистрации или путём фотометрирования (измерения плотности почернения) линии определяемой примеси и линии сравнения при фоторегистрации. Фотометрирование производят на микрофотометрах. Рис. 1. Градуировочный график (метод трёх эталонов). Для возбуждения спектра в АСА используют различные источники света и соответственно различные способы введения в них образцов. Выбор источника зависит от конкретных условий анализа определённых объектов. Тип источника и способ введения пробы составляют гл. содержание частных методик АСА. Первым искусств, источником света в АСА было пламя газовой горелки - источник весьма удобный для быстрого и точного определения мн. элементов. Темп-pa пламён горючих газов не высока (от 2100 К для смеси водород - воздух до 4500 К для редко используемой сме

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910

Дата добавления: 2015-08-12; просмотров: 875. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при которых тело находится под действием заданной системы сил...

В теории государства и права выделяют два пути возникновения государства: восточный и западный Восточный путь возникновения государства представляет собой плавный переход, перерастание первобытного общества в государство...

Закон Гука при растяжении и сжатии Напряжения и деформации при растяжении и сжатии связаны между собой зависимостью, которая называется законом Гука, по имени установившего этот закон английского физика Роберта Гука в 1678 году...

Характерные черты официально-делового стиля Наиболее характерными чертами официально-делового стиля являются: • лаконичность...

Метод архитекторов Этот метод является наиболее часто используемым и может применяться в трех модификациях: способ с двумя точками схода, способ с одной точкой схода, способ вертикальной плоскости и опущенного плана...

Примеры задач для самостоятельного решения. 1.Спрос и предложение на обеды в студенческой столовой описываются уравнениями: QD = 2400 – 100P; QS = 1000 + 250P 1.Спрос и предложение на обеды в студенческой столовой описываются уравнениями: QD = 2400 – 100P; QS = 1000 + 250P...

Дизартрии у детей Выделение клинических форм дизартрии у детей является в большой степени условным, так как у них крайне редко бывают локальные поражения мозга, с которыми связаны четко определенные синдромы двигательных нарушений...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.013 сек.) русская версия | украинская версия