JPH0458892B2 - - Google Patents

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JPH0458892B2
JPH0458892B2 JP25525384A JP25525384A JPH0458892B2 JP H0458892 B2 JPH0458892 B2 JP H0458892B2 JP 25525384 A JP25525384 A JP 25525384A JP 25525384 A JP25525384 A JP 25525384A JP H0458892 B2 JPH0458892 B2 JP H0458892B2
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light
wavelength
constant
spectroscopy
magnetic field
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Kenichi Ueda
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Publication of JPH0458892B2 publication Critical patent/JPH0458892B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J4/00Measuring polarisation of light

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は全く新しい原理に基づく分光法、す
なわち、従来分光手段として用いられていなかつ
たフアラデー回転という現象を利用したフアラデ
ー回転フーリエ分光法に関する。 (従来の技術) 従来の分光法としてA回折格子、プリズムなど
の分光法を用いた分光法、B干渉分光計を用いた
分光法、波長可変レーザーなどによるコヒーレン
ト効果を利用した分光法などがある。 これら分光法は測定対象によつて分解能の程度
は異なるが、理論的にはいづれも非常に高分解能
にすることが可能であるが、Aの分光法では、巨
大な回折格子やプリズムを光の波長の100分の一
程度の精度で製作することが必要となり、また、
数十mの大きさの距離の間の振動を波長程度に抑
えるなどの必要があり、実際上は現実が極めて困
難であつた。また、Bの分光法では光源や鏡或い
はその可動部分を無限に精度良く構成することが
出来れば分解能はコヒーレント長の範囲で向上す
るが、現実的でない。 また、Cの分光法はコヒーレント分光と呼ばれ
る範囲内で使用される場合があることと、光源が
レーザであることから、一般にはコヒーレント光
の分光に限定されている。 明るさについては、Aの分光法では、明るさは
測定対象(発光の場合)や光源の輝度で決定され
る要素があると共に、レーザ光などの分光では分
光器または分光計に入射する全ての光を取込むこ
とも一概に不可能であると言えないため、明るい
場合と暗い場合とがある。しかし、一般的な使用
条件では入射スリツトトで大部分の光を損失し、
解折格子の大きさもそれほど大きくないので、F
値はあまり大きく取れないのが現状である。ま
た、Bの分光法では明るいものが可能で、このた
め赤外フリーエ分光光度計などが広く用いられて
いる。但し、ここで用いている原理では、短波長
例えば紫外域に適用するには機械精度上、分光光
度計の製作が極めて困難である。 (発明が解決すべき問題点) しかしながら、これら分光法に用いる分光器に
は構成部品の機械精度及び機械的振動が分解能を
決定するような構成部品を含んでいるので、超高
精度の分解能を得ることが出来ないという欠点が
あると共に、多くの場合には鏡、プリズム、回折
格子などの光学部品を使用した構成となつている
ので、測定波長範囲がこれら光学部品で限定され
てしまつていたという欠点があつた。 この発明の目的は、機械的振動となるような構
成部品とか、測定波長範囲に制限を加えてしまう
光学部品とかを用いずに、真空紫外領域から遠赤
外領域まで測定可能にした、新しい原理に基づく
分光法を提供することにある。 (問題点を解決するための手段) 従つて、この発明によれば、被検出光を偏光さ
せた後磁界がかけられたフアラデー回転媒質中に
導き、 該フアラデー回転媒質中で該偏光の偏光面が複
数回回転させて波長によつて回転角が相違する波
長情報の重畳信号を取り出し、 該重畳信号から特定の偏光成分を分離し、 該偏光成分から磁界強度に対応した該偏光成分
の光量を検出し、 該光量を該磁界強度に基づいてフーリエ逆変換
を行つてヴエルデ定数に基づいた強度情報に変換
し、 該ヴエルデ情報から波長又は周波数スペクトル
情報に変換して被検出光を分光することを特徴と
する。 (作用) このように、この発明による分光法によれば、
フアラデー回転媒質中で光の偏光面を2回〜多数
回のような複数回回転させた結果、波長によるフ
アラデー回転角の違いを磁界強度の変化の関数と
して求め、これを一旦ヴエルデ定数の関数に変換
してからさらに波長、周波数の関数(すなわちス
ペクトル強度分布)を求める方法である。従つ
て、この発明は従来の屈折率分散(プリズム)、
回折現象の角度分散(回折格子)、光の干渉効果
(干渉計)とは全く異なつた性質を利用しており、
分光の原理が従来とは異なる点に特色がある。以
下、この原理を説明する。 フアラデー回転フーリエ分光法の原理 この発明に用いるフアラデー回転媒質は原理的
には対象となる光の波長に対して透明であるかま
たは光が検出可能な程度の透過率を有する媒質で
あれば良い。フアラデー回転はどのような物質で
も大なり小なりヴエルデ定数の大きさに応じて起
る基本的な現象である。 このヴエルデ定数は種々の物質について測定さ
れており、例えば、液体についてはその一部分を
別表1に示す通りである。従つて、媒質として紫
外から近赤外まで透明であるという理由で例えば
純水を使用しても良く、或いは、この表には掲載
されていないが、短波長域で吸収が少ないという
理由でHeガスのような稀ガスのような気体を使
用しても良い。 今、純水を例に取つて説明する。水は少なくと
も0.19umの紫外線から1umの赤外線にわたる範
囲で透明である。特に、水の場合には、その透過
距離は不純物の濃度で決められている程度であ
り、純水では100mの透過長を取ることが容易で
ある。しかも、紫外から可視域の光の検出に光電
子倍管を使用することが出来るので、その場合に
は水中での透過距離を非常に長大例えば10Kmとし
ても測定が可能となる。 一方、純水のフアラデー回転について実験を行
つて調べたところ、104Oe程度の磁場の印加で約
5cmの純水によつて90度の偏光面の回転が得られ
ることが確認された。 これらの事実から、例えば100mとか場合によ
つてはそれ以上の非常に長い水のフアラデー回転
媒質中では光は殆ど吸収されることなく多数回の
偏光面の回転をすることが分かる。例えば、104
Oeの磁界を水に印加させた状態で水中を100m通
過させるとすると、248nmの光は400×360度の偏
光面回転角が得られる。 ところで、この純水のヴエルデ定数は別表1に
示す通りであり、紫外から近赤外にかけての変化
の様子を、石英の屈折率の波長依存性と比較して
第2図に示す。第2図において、左側の縦軸にヴ
エルデ定数(V(mjn/cm・Oe))を対数関数目
盛でブロツトして示し、右側の縦軸に屈折率nを
ブロツトして示し、横軸に波長λ(um)をブロツ
トして示す。また、共鳴項の影響を受けて、紫外
部、近赤外域においてλ-2から少し外れた値を示
す様になるが、いずれもヴエルデ定数が大きくな
る方向になつていることが分かる。 このヴエルデ定数V(λ)は、固体、液体の場
合には通常 V(λ)=(a/λ2)+ΔV(λ) で与えられる。但し、aは定数、ΔV(λ)は共
鳴項で多くの場合、Δ定数V(λ)0である。
又、気体の場合には通常は V(λ)=a/λ+b/λ3 で与えられる。但し、a,bは定数である。 このように、固体又は液体の場合にはヴエルデ
定数V(λ)は波長の2乗に逆比例する関係にあ
る。従つて、波長成分に応じてフアラデー回転角
が相違する光情報の重畳信号から検光子で一方向
の直線偏光成分を検出し、得られた偏光成分信号
を光電変換により電気信号に変換し、この電気信
号を磁界強度の関数としてフーリエ逆変換してヴ
エルデ定数の関数の信号に変換し、このヴエルデ
定数の関数の信号から波長または周波数の信号を
導出してスペクトル強度分布を得ることが出来
る。 このような、フアラデー回転角の波長分散を利
用した信号をフーリエ変換してスペクトルを得る
分光法をフアラデー回転フーリエ分光法
(Faraday Rotation Fourier Transform
Spectroscopy)(FRFT分光法とも略称する)と
称する。 このスペクトルを求める原理を第1図を用いて
説明する。 第1図はこのようなフアラデー回転フーリエ分
光法を実施するために用いる分光光度計の構成の
一例を概略的に示す線図である。LSはこの分光
光度計の光源、CLは光を平行ビームにするため
のレンズ系、P1は入射光を直線偏光にする偏光
子で、P2は出射光の偏光面をP及びS成分とに
分離する偏光子で検光子と称する。PSは空芯コ
イルLに電流を流しこれにより一様な磁界をフア
ラデー回転素子に印加しかつ、求めるスペクトル
の精度が確保出来る程度の正確さで、磁界強度を
掃引出来る電源、FRは低吸収でかつヴエルデ定
数の大きなフアラデー回転素子で、この場合には
例えば水を石英容器に入れて形成したものであ
る。さらに、D1,D2は光電検出器、CPはコ
ンピユータである。さらに、図に示していない
が、平行ビームを使用しない場合に、光の回折に
よる拡がりによる容器の壁での反射を防止するた
め、光源像を順次に伝送していくためのイメージ
リレー用のレンズ系を用いることが出来る。Sは
サンプルで、光源LSからの光がこのサンプルを
通過して、被検出光となりフアラデー回転素子
FRに入射するように構成されている。 (1)単一スペクトルの場合 先ず、単一のスペクトルの場合を考える。磁界
強度Hの掃引速度kを一定とする。この掃引速度
kは必らずしも一定でなくてもよい。ひかりの電
界強度は波長に応じてヴエルデ定数Vの関数A
(V)で表わせる。フアラデー回転素子FRの長さ
をlした時の光強度変化の角周波数をω=kVlと
すると、入射光と直交する偏光成分の光の電界は
E=Asinωtで表わせる。従つて、分光光度計の
光電検出器D1の出力は磁界強度の変化に対応し
てA2(V)sin2wtの形の各々きれいな出力がそれ
ぞれ得られる。検出器D2の出力は検出D1の出力
をA2(V)から差し引いた信号となる。 (2) 2本の線スペクトルの場合 次に、線スペクトルが2本存在する場合につき
説明する。フアラデー回転素子FRを通過し、検
光子P2からの透過光の光量はA2(V)sin2
(VHL)と表わすことが出来る。V及びLはフア
ラデー回転素子FRのヴエルデ定数及び長さで、
ヴエルデ定数Vはそれぞれの波長について異つた
値を持つているので、磁界を一定の速度kで掃引
するとすれば(H=kt)、光電検出器D1の出力
は磁界強度の変化に対応してA2(V)sin2ωt(但
しω=kVl)と表わせる。ヴエルデ定数Vはそれ
ぞれの波長λ1,λ2の関数であるから、得られた信
号をA2(V1)sin2ω1t(ω1=kV1l)と、A2(V2
sin2ω2t(ω2=kV2l)の項に分解出来れば、横
軸にヴエルデ定数Vを、縦軸に強度をブロツトし
て表わしたスペクトル分布すなわちヴエルデ定数
に基づいた強度情報が得られることになる。 第8図は2つの波長λ1=248nmと、λ2
546.1nmの光を測定した場合の検光子P2の出力光
量を示し、Aは2つの波長の合成光量を示し、B
はこの合成光量をフーリエ逆変換して得た各波長
成分のスペクトルをそれぞれ示す。尚、第3図A
の横軸を時間軸とし、縦軸を光量とし、一定の磁
界掃引速度における一掃引時間T内での様子を示
している。波長λ1=248nmの20℃におけるヴエル
デ定数V1は1084min/cm・Oeであり、λ2
546.1nmのヴエルデ定数V2は0.0156min/cm・Oe
と1/7程度と小さい値である。このようにヴエル
デ定数V1とV2は約7倍違うので、合成出力(第
3図A)は周期が7倍違うsin2(VHl)の関数の
重ね合わせた波形となつている。従つて、この合
成光量(第3図A)の情報を2つの波長λ1,λ2
関するsin2(VHl)の関数に分離出来れば両波長
λ1,λ2のヴエルデ定数で表現したスペクトル(ヴ
エルデ定数に基づく強度情報)が得られる。 ところで、sin2(VHl)の結局のところ sin2(VHl)=1/2(1−cos2VHl) と書けるから、上述の2つの波長λ1,λ2に対する
スペクトルは A2(V1)sin2(V1Hl)+A2(V2)sin2(V2Hl)=
1/2〔A2(V1)+A2(V2)〕−1/2〔A2(V1)cos2
V1 Hlt+A2(V2)cos2V2Hlt〕 となり、2つの波長λ1,λ2の光量のヴエルデ定
数関数化されたものと、通常の三角関数の和の項
となるので、基本的には通常のフーリエ変換スペ
クトルの方法で合成光量を2つの波長成分に分離
することが出来る。 このように合成光量をフーリエ変換してヴエル
デ定数の関数のスペクトルが得られれば、各波長
のヴエルデ定数は既知の値であるから、ヴエルデ
定数から波長又は周波数を求めればスペクトル強
度分布が得られることとなる。 上述したようなフーリエ変換及びヴエルデ定
数/波長又は周波数の変換はコンピユータCPで
処理して行う。すなわち、これら光電検出器D
1,D2からの磁界強度に対応した偏光成分の光
量情報をコンピユータCP内のフーリエ変換手段
M1に供給し、そこでヴエルデ定数の関数として
表された強度情報に変換し、この強度情報をヴエ
ルデ定数/波長又は周波数変換手段M2に供給し
て、そこから波長又は周波数スペクトル情報を導
出する。これらフーリエ変換手段M1及びヴエル
デ定数/波長又は周波数変換手段M2は通常の回
路の組合わせで簡単に構成出来る。尚、この場
合、ヴエルデ定数/波長又は周波数変換はコンピ
ユータ処理を行わないで定数表に基づき算出して
もよい。 (3) 連続スペクトルの場合 次に、連続スペクトルの場合を説明する。第4
図は検光子P2からの一定掃引速度の場合の曲型
的な磁界掃引時の光量を示す波形図で、横軸に時
間軸を取り、縦軸に光量を取つて示し、曲線I及
びはそれぞれ検光子Pを磁界ゼロの時に透過
しないように配置した場合の、透過信号及び反射
信号である。これは理想的な場合を考えてフアラ
デー回転素子FRの媒質内での損失がないと仮定
している。この図からも明らかなように、連続ス
ペクトルに対しては次第に周期を打ち消し合つて
入射光量の1/2に漸近し、線スペクトル的成分は
周期関数となつている。 これらのフーリエ積分変換及びその逆変換の一
般的関係は、良く知られている通り、 フーリエ積分変換 g(ω)=1/2π〜 -∞e-it(t)dt その逆変換 (t)=〜 -∞eitg(ω)dω である。ここでω=kVlで、kは磁界Hの掃引速
度である。従つて、この場合にはωはヴエルデ定
数Vの関数であり、磁界H空間とヴエルデ定数V
空間との間のフーリエ変換にほかならない。尚、
ここで磁界の掃引速度は前述と同様に一定でなく
てもよい。 さらに、上述した各場合において、フアラデー
回転素子FRにかける磁界は光の進行する方向す
なわち軸方向成分だけが寄与するのであるから、
径方向成分が存在していても構わないが、磁界の
一様性が分解能を決める条件では軸方向成分以外
の磁界は光源を暗くする要素となるので好ましく
ない。 (発明の効果) 上述した処からも明らかなように、この発明の
フアラデー回転フーリエ分光法によれば、分光光
度計の構成成分の機械精度とか機械的振動が分解
能を決定するような構成部分を含んでいないと共
に、測定波長範囲を制御するような光学部品を含
まない手段を用いて分光できるので、分解能の向
上を図ることが出来ると共に、測定波長領域を真
空紫外領域から遠赤外領域まで可能とすることが
出来る。 さらに、この発明の分光法によればコヒーレン
ト光とかインコヒーレント光とかにかかわらず分
光可能となる。 さらに、この発明の分光法によれば、磁界の一
回の掃引時間内で分光を終えるので、極めて短時
間で測定することが出来る。 上述したようにこの発明の特徴の一つはその極
めて大きな分解能にある。物質の屈折率の差を利
用しているプリズム分光器の場合、前述のような
248nmと546nmではおのおのの屈折率は1.5085と
1.4601で、わずか3.3%の屈折率の差を利用して
いる。したがつて装置を大きくしても波長の分散
をそれほど大きくすることは不可能である。この
発明の分光法では波長範囲はフアラデー素子また
は偏光子の吸収のみで制限され、紫外、可視、近
赤外の広い範囲を一度に測定することが可能であ
る。さらに分解能はフアラデー回転の回数を増加
させれば向上することから、長大なセルを用いて
フアラデー回転素子とすれば良いのであつて、分
解能の向上は容易である。 試みに分光器の分解能の表示に常用される水銀
の発光スペクトルの近接線3131.5485A(63P1−63
D1)と3131.8391A(63P1−61D)の分離を例に取
つて考えてみる。この波長におけるヴエルデ定数
は0.0556で与えられ、ヴエルデ定数の波長による
変化率は dV=−2dλ/λ3=−2Vdλ/λ=−1.03x10-5 となる。磁界の強さを105Oeであるとすると、
52.5mの長さの純水によるフアラデー回転は90度
となり、0.2906〓の僅かな波長の差を持つた2本
の近接線スペクトルは検光子によつて完全に分離
されるだけの分解能が実現できる。更にフアラデ
ー回転の非可逆性であり、光の進む方向に関係な
く偏光面の回転は加算されるため、多パスセル内
を多重反射させて取り出せば、フアラデー回転素
子の長さを短くすることも容易となる。 フアラデー回転素子にかかる磁界は半径方向の
一様性は要求されるものの、偏光面の回転角は θ(λ)=〜l OV(λ)H(x)dx と表現することが出来るので、軸方向の磁界は光
路に沿つた磁界強度の積分量で決定されるため、
厳しい要求とはならない。むしろ安定化された
HeNeレーザや波長のよく知られた水銀の発光線
を同時、または交互に測定すれば、この測定はフ
アラデー回転角θがθ=VHlで与えられ、ヴエ
ルデ定数Vが分つているので、同時に光路におけ
る磁界強度の計測を行つたこととなり、フーリエ
変換分光光度計の較正を常時行う事になる。この
ような方法はシステムの安定性の維持、改善に非
常に有用である。またフアラデー回転そのものも
磁力線と平行の成分をもつ光にしか作用しないた
め、フアラデー回転素子内での光の平行性からの
ズレも結果に影響しないなど、多くの利点があ
る。 この発明の分光法によれば、非常に明るい状態
で分光を行うことが出来る。すなわち、回折格子
やプリズムなどの分散素子を利用する分光器で
は、入射スリツトや出射スリツトなどによる損失
が大きく、ほとんどの光を損失しながら測光する
システムであるが、それに比較してこの発明によ
る分光法に用いる分光光度計は非常に明るいと言
える。平行光として入射部の偏光子を透過した光
はフアラデー回転物質の純水による吸収または散
乱による損失以外には、如何なる損失も受けるこ
となく検受子に到達する。分離された互いに直交
する成分は加えると入射強度になり、互いに相補
的な信号で、どちらからも元のスペクトルを逆変
換して求められる点で、全ての透過光を情報とす
ることが可能な非常に明るい分光システムであ
る。 明るい分光システムとして知られている干渉計
と比較をしてみよう。可変長アームを有する紫外
可視分光光度計の製作が、実際上非常に困難であ
ることは明らかである。さらにマイケルソン干渉
計やフアブリーペロー干渉計の場合も、フリース
ペクトラルレンジ(Free spectral range)を広
く取ることと、分解能を向上させることは矛盾し
て、広い波長範囲を高い分解能で測定することは
何れかの性能を犠牲にしなければ出来ない。また
吸収測定などの通常の使用法を考えた場合、光源
は通常の白色光光源であるために、コヒーレント
長すなわち干渉可能な長さは数メートル以上にす
ることは実際上不可能で、分光器の大きさと分解
能の向上の間のスケーリング則はある範囲内でし
か成立しない。 (実施例) シミユレーシヨンに基づく実施例 実際の発光、吸収スペクトルを測定するため
に、フアラデー回転フーリエ分光法の基本的信号
波形とそのヴエルデ定数で表されたスペクトルを
計算器シミユレーシヨンによつて検討する。最も
簡単な2本の線スペクトルの分光は原理を説明す
るために先に述べたので、以下では白色光、任意
の間隔で存在している4本の線スペクトルの分
光、およびローレンツ型のスペクトル形状を持つ
の近接2重線の分光に関するシミユレーシヨン結
果を示し基本的な信号の形状およびその処理につ
いて述べる。 (a) 完全白色光 簡単のためにもし分光されるべき光がヴエルデ
定数空間(V空間)において波長に対し完全な白
色光とするならば、シミユレーシヨンを行うまで
もなくフーリエ変換項は一定となり、検光子出力
はおのおの入力光強度の2分の1で一定となる。
しかし、波長空間で波長にかかわらず強度が一定
の白色光はヴエルデ定数の波長依存性による変形
を受ける。ヴエルデ定数が完全に波長の2乗に逆
比例すると仮定すれば、V空間では入力光強度は
波長の2乗に比例したスペクトルを持つと考える
事が出来る。したがつて光電検出器で検出される
信号、それをフーリエ変換してV空間に表現され
たスペクトル、波長を横軸にとつた通常のスペク
トルは、おのおの第5図A,B,Cにそれぞれ示
した通りである。尚、第5図A,B,Cにおいて
縦軸は光量をプロツトし、横軸は時間t、ヴエル
デ定数Vおよび波長λをそれぞれプロツトして示
している。 (b) 不規則な間隔を持つた線スペクトルの集合 いま簡単な例として第6図Bに示した不等間隔
が任意の強度の4本の線スペクトルを考えて見
る。フアラデー回転フーリエ分光光度計の前にな
んらかの前置分光器をおいて、背景光を減少させ
た状態で特定のスペクトルの集団を高分解能で分
光しようとすることは普通に行われることであ
る。当然ながら第6図Aに示すような、振幅の異
なつたsin2ωtの重なり合つた信号が光電検出器で
検出される。検光子の清光比が無限に大きく直交
成分を全く透過させないならば、検出されるべき
時間変化情報のサンプリング範囲はそれほど大き
くなくとも、正確なスペクトルに変換することが
出来る。しかし実際使用している検光子の消光比
が若干精度が不足している場合にも、サンプリン
グ範囲を広げることでこれら装置上の分解能低下
の要因を補正することも可能で、この点でもスケ
ーリング則は有効である。尚、第6図A,Bの縦
軸は光量をプロツトして示し、横軸はそれぞれ時
間tおよびヴエルデ定数Vをプロツトして示して
いる。 (c) 有限の線幅を有する近接2重線スペクトル 高分解の分光器を使用して測定しようとする場
合、線スペクトルは実際上ドプラー幅や圧力幅、
微細構造などに起因する何等かのスペクトル形状
を持つている。真に高分解能の分光を目指すなら
ばこれらの非常に細いスペクトルの形状を正確に
測定することは大きな意義がある。水銀の近接2
重線の例を用いてフアラデー回転フーリエ分光法
が如何に高分解能で、また他の分光法と比べてス
ケーリング則が有効で超高分解能の分光器を構成
する事が原理的に可能であるかといつた点に関す
る説明は、前述の説明の通りである。このような
場合の信号の様子を検討するため、仮想的な近接
2重線スペクトルを検討した。簡単のため、スペ
クトルの形状はローレンツ型をしていると仮定し
た。この場合には第7図Aに透過光信号を示し、
第7図Bにフーリエ変換して得られたスペクトル
を示す。これら図より明らかなように線スペクト
ルで決まる周期的信号の上に、スペクトルの裾野
部分に起因する細かい振動を有する信号となる。 これら(a)〜(c)の解析の示している事実は、フー
リエ分光法そのものであることを示しており、通
常の光の干渉を利用した赤外フーリエ分光法など
と異なる点の1つは、白色光成分が次第にゼロレ
ベルにではなく、入射光量の2分の1に漸近する
といつた点にある。また、もう一つの特徴は干渉
現象などを利用していないので、線スペクトル
の、光電検出器で検出された信号は減衰をしない
周期信号となることで、コヒーレント長で制限さ
れる干渉法と異なつている。 (まとめ) この発明では従来の分散素子を用いた分光や干
渉分光法とは全く異なつた新しい原理に基づくフ
アラデー回転フーリエ分光法を提案した。純水を
フアラデー回転素子として用いた時の検討によれ
ば、屈折率分散に比較して基本的に数10倍から数
100倍以上の波長分散を有するヴエルデ定数を利
用することにより、本質的に高分解能で分光出来
ることが分かつた。また原理的に光損失が少ない
システムで、かつ干渉効果などを利用していない
システムなので、大きなスケーリング則が成立
し、大型装置を建設して超高分解能の分光実験を
行えば、紫外から近赤外域におけるスペクトルの
精度を大幅に向上させることが出来ると期待でき
る。また、一方赤外フーリエ分光器を併用すれ
ば、紫外から赤外にいたる光学的分光法は従来の
ものと一変し、全領域をフーリエ型の分光器でカ
バーし、一貫して測定することが可能になつた。 さらに、フアラデー回転フーリエ分光法は、従
来から十分技術的に確率されている光学、電気、
計算機技術の組み合せのみによつて実行出来る。
このことは実際の装置の製作に当つて、なんら特
別に困難な技術的革新がなくても、大幅に性能の
向上した分光器が製作可能だということに大きな
意味がある。 【表】
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a spectroscopy method based on a completely new principle, that is, Faraday rotation Fourier spectroscopy that utilizes the phenomenon of Faraday rotation, which has not been used as a spectroscopy method in the past. (Prior art) Conventional spectroscopy methods include spectroscopy using A-diffraction gratings, prisms, etc., spectroscopy using B-interference spectrometers, and spectroscopy using the coherent effect of wavelength tunable lasers. . The degree of resolution of these spectroscopy methods differs depending on the measurement target, but theoretically it is possible to achieve very high resolution with each method. It is necessary to manufacture it with an accuracy of about 1/100 of a wavelength, and
It is necessary to suppress vibrations over a distance of several tens of meters to a wavelength, which is extremely difficult in practice. Furthermore, in the B spectroscopy, if the light source, mirror, or its movable parts could be constructed with infinite precision, the resolution would improve within the range of the coherent length, but this is not realistic. Furthermore, since C spectroscopy is sometimes used within a range called coherent spectroscopy and the light source is a laser, it is generally limited to spectroscopy of coherent light. Regarding brightness, in spectroscopy A, brightness is determined by the brightness of the object to be measured (in the case of luminescence) and the light source, and in the case of spectroscopy such as laser light, it is determined by the brightness of all the components that enter the spectrometer or spectrometer. It cannot be said that it is absolutely impossible to take in light, so there are cases where it is bright and cases where it is dark. However, under typical usage conditions, most of the light is lost at the entrance slit.
Since the size of the refraction grating is not so large, F
The current situation is that the value cannot be very large. In addition, B spectroscopy allows for bright light, and for this reason, infrared Freeier spectrophotometers and the like are widely used. However, with the principle used here, it is extremely difficult to manufacture a spectrophotometer for application to short wavelengths, such as the ultraviolet region, due to mechanical accuracy. (Problems to be Solved by the Invention) However, since the spectrometers used for these spectroscopy include components whose resolution is determined by the mechanical precision and mechanical vibration of the components, ultra-high resolution is not possible. In addition, in many cases the configuration uses optical components such as mirrors, prisms, and diffraction gratings, so the measurement wavelength range is limited by these optical components. There was a drawback. The purpose of this invention is to develop a new principle that enables measurement from the vacuum ultraviolet region to the far infrared region without using components that cause mechanical vibration or optical components that limit the measurement wavelength range. The objective is to provide a spectroscopy method based on (Means for Solving the Problems) Therefore, according to the present invention, the light to be detected is polarized and then introduced into a Faraday rotating medium to which a magnetic field is applied, and the polarization plane of the polarized light is changed in the Faraday rotating medium. is rotated multiple times to extract a superimposed signal of wavelength information with different rotation angles depending on the wavelength, separate a specific polarized light component from the superimposed signal, and calculate the light amount of the polarized light component corresponding to the magnetic field strength from the polarized light component. detecting the amount of light, performing inverse Fourier transform on the amount of light based on the magnetic field strength to convert it into intensity information based on the Weerde constant, and converting the Weerde information into wavelength or frequency spectrum information to spectrally analyze the detected light. Features. (Function) As described above, according to the spectroscopy method according to the present invention,
As a result of rotating the plane of polarization of light multiple times, from twice to many times, in a Faraday rotating medium, the difference in the Faraday rotation angle depending on the wavelength is determined as a function of the change in magnetic field strength, and this is once converted into a function of the Weerde constant. This is a method in which the wavelength and frequency functions (ie, spectral intensity distribution) are determined after the conversion. Therefore, this invention can be applied to conventional refractive index dispersion (prism),
It utilizes properties that are completely different from the angular dispersion of diffraction phenomena (diffraction gratings) and the interference effect of light (interferometers).
Its distinctive feature is that the principle of spectroscopy is different from conventional methods. This principle will be explained below. Principle of Faraday rotation Fourier spectroscopy The Faraday rotation medium used in the present invention may in principle be any medium as long as it is transparent to the wavelength of the target light or has a transmittance that allows the light to be detected. Faraday rotation is a fundamental phenomenon that occurs in any material depending on the size of Weerde's constant. This Werde's constant has been measured for various substances, and for example, some of the measurements for liquids are shown in Attached Table 1. Therefore, for example, pure water may be used as a medium because it is transparent from the ultraviolet to the near infrared, or He, which is not listed in this table, because it has low absorption in the short wavelength range. Gases such as rare gases may also be used. I will now explain using pure water as an example. Water is transparent in the range from at least 0.19 um ultraviolet to 1 um infrared. In particular, in the case of water, the permeation distance is determined by the concentration of impurities, and it is easy to achieve a permeation length of 100 m with pure water. Furthermore, since a photomultiplier tube can be used to detect light in the ultraviolet to visible range, measurements can be made even if the transmission distance in water is very long, for example 10 km. On the other hand, an experiment was carried out to investigate the Faraday rotation of pure water, and it was confirmed that by applying a magnetic field of about 10 4 Oe, the polarization plane could be rotated by 90 degrees with about 5 cm of pure water. From these facts, it can be seen that in a very long Faraday rotation medium of water, for example 100 meters or longer in some cases, light undergoes many rotations of the plane of polarization without being almost absorbed. For example, 10 4
If a magnetic field of Oe is applied to water and the water is passed through 100 meters, 248 nm light will have a polarization plane rotation angle of 400 x 360 degrees. Incidentally, the Weerde constant of this pure water is as shown in Attached Table 1, and its change from ultraviolet to near-infrared is shown in FIG. 2 in comparison with the wavelength dependence of the refractive index of quartz. In Figure 2, the vertical axis on the left shows Weerde's constant (V (mjn/cm・Oe)) blotted on a logarithmic scale, the vertical axis on the right shows the refractive index n, and the horizontal axis shows the wavelength. λ(um) is shown as a blot. In addition, due to the influence of the resonance term, values slightly deviate from λ -2 in the ultraviolet and near-infrared regions, but it can be seen that the Weerde constant is increasing in both cases. In the case of solids and liquids, this Werde's constant V(λ) is usually given by V(λ)=(a/λ 2 )+ΔV(λ). However, a is a constant and ΔV(λ) is a resonance term, which is often a Δ constant V(λ)0.
In the case of gas, it is usually given by V(λ)=a/λ+b/λ 3 . However, a and b are constants. In this way, in the case of a solid or a liquid, the Werde constant V(λ) is inversely proportional to the square of the wavelength. Therefore, an analyzer detects a linearly polarized light component in one direction from a superimposed signal of optical information with different Faraday rotation angles depending on the wavelength component, and the obtained polarized light component signal is converted into an electrical signal by photoelectric conversion. An electric signal is subjected to inverse Fourier transform as a function of magnetic field strength to convert it into a signal as a function of Weerde's constant, and a wavelength or frequency signal can be derived from this signal as a function of Weerde's constant to obtain a spectral intensity distribution. A spectroscopy method that obtains a spectrum by Fourier transforming a signal that utilizes the wavelength dispersion of the Faraday rotation angle is called Faraday Rotation Fourier Transform spectroscopy.
Spectroscopy (also abbreviated as FRFT spectroscopy). The principle of obtaining this spectrum will be explained using FIG. 1. FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of the configuration of a spectrophotometer used to perform such Faraday rotation Fourier spectroscopy. LS is the light source of this spectrophotometer, CL is the lens system that converts the light into a parallel beam, P1 is the polarizer that converts the incident light into linearly polarized light, and P2 separates the polarization plane of the output light into P and S components. This polarizer is called an analyzer. PS is a power supply that applies a uniform magnetic field to the Faraday rotary element by applying current to the air-core coil L, and can sweep the magnetic field strength with enough accuracy to ensure the accuracy of the desired spectrum. FR is a power supply with low absorption. It is a Faraday rotation element with a large Werde constant, and in this case, it is formed by placing water in a quartz container, for example. Furthermore, D1 and D2 are photoelectric detectors, and CP is a computer. Furthermore, although not shown in the figure, when a parallel beam is not used, an image relay lens is used to sequentially transmit the light source image in order to prevent reflection on the container wall due to the spread of light due to diffraction. system can be used. S is a sample, and the light from the light source LS passes through this sample and becomes the detected light to the Faraday rotation element.
It is configured to be incident on the FR. (1) Case of a single spectrum First, consider the case of a single spectrum. The sweep speed k of the magnetic field strength H is kept constant. This sweep speed k does not necessarily have to be constant. The electric field strength of the light is a function A of the Werde constant V depending on the wavelength.
It can be expressed as (V). If the angular frequency of the change in light intensity when the length of the Faraday rotation element FR is l is ω=kVl, then the electric field of the light of the polarization component orthogonal to the incident light can be expressed as E=Asinωt. Therefore, the output of the photoelectric detector D1 of the spectrophotometer can be obtained in the form of A 2 (V) sin 2 wt in response to changes in the magnetic field strength. The output of the detector D2 is a signal obtained by subtracting the output of the detector D1 from A 2 (V). (2) Case of two line spectra Next, the case where there are two line spectra will be explained. The amount of light transmitted from the analyzer P2 after passing through the Faraday rotation element FR is A 2 (V) sin 2
(VHL). V and L are the Weerdet constant and length of the Faraday rotation element FR,
Since the Welde constant V has a different value for each wavelength, if the magnetic field is swept at a constant speed k (H = kt), the output of the photoelectric detector D1 will be A in response to changes in the magnetic field strength. It can be expressed as 2 (V) sin 2 ωt (however, ω=kVl). Since the Werde constant V is a function of the respective wavelengths λ 1 and λ 2 , the obtained signals can be expressed as A 2 (V 1 ) sin 2 ω 1 t (ω 1 =kV 1 l) and A 2 (V 2 )
If it can be decomposed into terms of sin 2 ω 2 t (ω 2 = kV 2 l), we can obtain a spectral distribution expressed by blotting the Werde constant V on the horizontal axis and the intensity on the vertical axis, that is, intensity information based on the Werde constant. It will be done. Figure 8 shows two wavelengths λ 1 = 248 nm and λ 2 =
Indicates the output light amount of analyzer P 2 when measuring 546.1 nm light, A indicates the combined light amount of two wavelengths, and B
shows the spectrum of each wavelength component obtained by inverse Fourier transform of this combined light quantity. Furthermore, Figure 3A
The horizontal axis is the time axis, the vertical axis is the light amount, and the state within the sweep time T at a constant magnetic field sweep speed is shown. The Werde constant V 1 at 20°C at the wavelength λ 1 = 248 nm is 1084 min/cm・Oe, and λ 2 =
The Werde constant V 2 at 546.1nm is 0.0156min/cm・Oe
This is a small value of about 1/7. In this way, the Weerde constants V 1 and V 2 differ by a factor of about 7, so the composite output (Fig. 3A) is a waveform that is a superposition of sin 2 (VHl) functions whose periods differ by a factor of 7. Therefore, if the information on this combined light amount (Fig. 3A) can be separated into a function of sin 2 (VHl) for the two wavelengths λ 1 and λ 2 , the spectrum expressed by the Werde constant for both wavelengths λ 1 and λ 2 ( intensity information based on the Werde constant) can be obtained. By the way, sin 2 (VHl) can be written as sin 2 (VHl) = 1/2 (1-cos2VHl), so the spectrum for the above two wavelengths λ 1 and λ 2 is A 2 (V 1 ) sin 2 (V 1 Hl) + A 2 (V 2 ) sin 2 (V 2 Hl) =
1/2 [A 2 (V 1 ) + A 2 (V 2 )] - 1/2 [A 2 (V 1 ) cos2
V 1 Hlt + A 2 (V 2 ) cos2V 2 Hlt], which is the sum of the Weerdet constant function of the light intensity of the two wavelengths λ 1 and λ 2 and ordinary trigonometric functions, so basically it is The combined light amount can be separated into two wavelength components using the usual Fourier transform spectrum method. If we can obtain the spectrum of the function of Weerde's constant by Fourier transforming the combined light intensity in this way, then since the Weerde's constant for each wavelength is a known value, we can obtain the spectral intensity distribution by finding the wavelength or frequency from the Weerde's constant. becomes. The Fourier transform and the Weerdet constant/wavelength or frequency conversion as described above are processed and performed by the computer CP. That is, these photoelectric detectors D
1, the light intensity information of the polarized light component corresponding to the magnetic field intensity from D2 is supplied to the Fourier transform means M1 in the computer CP, where it is converted into intensity information expressed as a function of Weerde's constant, and this intensity information is converted into Weerde's constant/ It is supplied to wavelength or frequency conversion means M2 from which wavelength or frequency spectral information is derived. These Fourier transform means M1 and Werde's constant/wavelength or frequency transform means M2 can be easily constructed by a combination of ordinary circuits. In this case, the Welde constant/wavelength or frequency conversion may be calculated based on a constant table without performing computer processing. (3) Case of continuous spectrum Next, the case of continuous spectrum will be explained. Fourth
The figure is a waveform diagram showing the amount of light when sweeping a curved magnetic field at a constant sweep speed from analyzer P2, with the horizontal axis representing the time axis and the vertical axis representing the amount of light. These are a transmitted signal and a reflected signal when the analyzer P is arranged so that no signal is transmitted when the magnetic field is zero. This assumes that there is no loss in the medium of the Faraday rotation element FR considering an ideal case. As is clear from this figure, for a continuous spectrum, the periods gradually cancel each other out and asymptotically reach 1/2 of the amount of incident light, and the line spectral component becomes a periodic function. As is well known, the general relationship between these Fourier integral transforms and their inverse transforms is: Fourier integral transform g(ω)=1/2π~ -∞ e -it (t) dt Its inverse transform ( t)=~ -∞ e it g(ω)dω. Here, ω=kVl, and k is the sweep speed of the magnetic field H. Therefore, in this case ω is a function of the Weerde constant V, and the magnetic field H space and the Weerde constant V
It is nothing but a Fourier transform between spaces. still,
Here, the sweep speed of the magnetic field does not need to be constant as described above. Furthermore, in each of the above cases, only the direction in which the light travels, that is, the axial component, contributes to the magnetic field applied to the Faraday rotation element FR.
Although the presence of a radial component is acceptable, under conditions where the uniformity of the magnetic field determines the resolution, magnetic fields other than the axial component are undesirable because they become elements that darken the light source. (Effects of the Invention) As is clear from the above, the Faraday rotational Fourier spectroscopy of the present invention makes it possible to improve the mechanical precision of the components of a spectrophotometer or the components whose resolution is determined by mechanical vibrations. In addition to not containing any optical components, it is possible to perform spectroscopy using a method that does not include optical components to control the measurement wavelength range, making it possible to improve resolution and enable measurement wavelength ranges from the vacuum ultraviolet region to the far infrared region. It can be done. Furthermore, according to the spectroscopy method of the present invention, spectroscopy is possible regardless of whether the light is coherent or incoherent. Further, according to the spectroscopy method of the present invention, the spectroscopy is completed within the time required for one sweep of the magnetic field, so measurements can be made in an extremely short time. As mentioned above, one of the features of this invention is its extremely high resolution. In the case of a prism spectrometer that uses the difference in refractive index of materials, the above-mentioned
The refractive index of 248nm and 546nm is 1.5085.
1.4601, making use of a difference in refractive index of only 3.3%. Therefore, even if the device is made larger, it is impossible to increase the wavelength dispersion to a large extent. In the spectroscopic method of this invention, the wavelength range is limited only by the absorption of the Faraday element or polarizer, and it is possible to measure a wide range of ultraviolet, visible, and near-infrared wavelengths at once. Furthermore, since the resolution can be improved by increasing the number of Faraday rotations, the resolution can be easily improved by using a long cell as a Faraday rotation element. An attempt was made to draw the proximity line 3131.5485A (6 3 P 1 −6 3
Consider the separation of D 1 ) and 3131.8391A (6 3 P 1 −6 1 D) as an example. The Weerde constant at this wavelength is given by 0.0556, and the rate of change of the Weerde constant with wavelength is dV=-2dλ/λ 3 =-2Vdλ/λ=-1.03x10 -5 . Assuming the strength of the magnetic field is 10 5 Oe,
The Faraday rotation of 52.5 m long pure water is 90 degrees, and the resolution of the two closely spaced line spectra, which have a slight wavelength difference of 0.2906〓, can be completely separated by an analyzer. . Furthermore, due to the irreversibility of Faraday rotation, the rotation of the plane of polarization is added regardless of the direction in which the light travels, so it is easy to shorten the length of the Faraday rotation element by performing multiple reflections within the multi-pass cell. becomes. Although the magnetic field applied to the Faraday rotation element is required to be uniform in the radial direction, the rotation angle of the polarization plane can be expressed as θ(λ)=~ l O V(λ)H(x)dx, so Since the axial magnetic field is determined by the integral of the magnetic field strength along the optical path,
This is not a strict requirement. rather stabilized
If a HeNe laser or a mercury emission line with a well-known wavelength is measured simultaneously or alternately, the Faraday rotation angle θ is given by θ = VHl, and the Werde constant V is known. The magnetic field strength has been measured, and the Fourier transform spectrophotometer must be constantly calibrated. Such methods are very useful for maintaining and improving system stability. Furthermore, since Faraday rotation itself only affects light with components parallel to the lines of magnetic force, there are many advantages, such as deviations from the parallelism of light within the Faraday rotation element do not affect the results. According to the spectroscopy method of the present invention, spectroscopy can be performed in a very bright state. In other words, in spectrometers that use dispersive elements such as diffraction gratings and prisms, losses due to entrance and exit slits are large, and the system measures light while losing most of the light. The spectrophotometer used in the method can be said to be very bright. The light that has passed through the polarizer in the incident section as parallel light reaches the detector without undergoing any loss other than the loss due to absorption or scattering by the pure water of the Faraday rotating substance. When added, the separated mutually orthogonal components become the incident intensity, which is a mutually complementary signal, and can be obtained by inversely transforming the original spectrum from both, making it possible to use all transmitted light as information. It is a very bright spectroscopic system. Let's compare it with an interferometer, which is known as a bright spectroscopic system. It is clear that the fabrication of UV-visible spectrophotometers with variable length arms is very difficult in practice. Furthermore, in the case of Michelson interferometers and Fabry-Perot interferometers, there is a contradiction between widening the free spectral range and improving resolution, and it is difficult to measure a wide wavelength range with high resolution. This cannot be done without sacrificing performance. In addition, when considering normal usage such as absorption measurement, the light source is a normal white light source, so it is practically impossible to increase the coherent length, that is, the length that allows interference, to be more than a few meters. The scaling law between the size of and resolution improvement holds only within a certain range. (Example) Example based on simulation In order to measure actual emission and absorption spectra, the basic signal waveform of Faraday rotational Fourier spectroscopy and its spectrum expressed by the Weerde constant will be examined by computer simulation. The simplest spectroscopy of two line spectra was described above to explain the principle, so below we will discuss spectroscopy of white light, four line spectra existing at arbitrary intervals, and Lorentzian spectral shape. We will present simulation results regarding the spectroscopy of a near doublet with , and discuss the basic signal shape and its processing. (a) Completely white light For simplicity, if the light to be separated is a completely white light with respect to wavelength in Werdet constant space (V space), the Fourier transform term will be constant without the need for simulation, The analyzer output is constant at 1/2 of the input light intensity.
However, white light, whose intensity is constant regardless of wavelength in wavelength space, is deformed due to the wavelength dependence of Werde's constant. Assuming that the Werde constant is completely inversely proportional to the square of the wavelength, it can be considered that the input light intensity has a spectrum proportional to the square of the wavelength in V space. Therefore, the signal detected by the photoelectric detector, the spectrum expressed in V space by Fourier transform, and the normal spectrum with wavelength on the horizontal axis are shown in Figures A, B, and C, respectively. That's right. In FIGS. 5A, B, and C, the vertical axis plots the amount of light, and the horizontal axis plots time t, Werde's constant V, and wavelength λ, respectively. (b) Set of line spectra with irregular intervals As a simple example, consider the four line spectra shown in Figure 6B with arbitrary intensities and irregular intervals. It is common practice to place some type of pre-spectrometer in front of a Faraday rotating Fourier spectrophotometer to attempt to analyze a specific spectral population with high resolution while reducing background light. Naturally, overlapping signals of sin 2 ωt with different amplitudes as shown in FIG. 6A are detected by the photoelectric detector. If the clearness ratio of the analyzer is infinitely large and does not transmit any orthogonal components, it is possible to convert the time-varying information to be detected into an accurate spectrum even if the sampling range is not very large. However, even if the extinction ratio of the analyzer you are actually using is slightly lacking in accuracy, it is possible to compensate for these factors that reduce the resolution of the device by widening the sampling range, and in this respect, the scaling rule can also be applied. is valid. The vertical axes of FIGS. 6A and 6B plot the amount of light, and the horizontal axes plot the time t and Werde's constant V, respectively. (c) Close doublet spectrum with finite linewidth When trying to measure using a high-resolution spectrometer, the line spectrum actually has a Doppler width, pressure width,
It has some kind of spectral shape due to its fine structure. If we are aiming for truly high-resolution spectroscopy, it is of great significance to accurately measure the shapes of these extremely narrow spectra. Proximity of Mercury 2
Using the example of heavy lines, we will explain how Faraday rotational Fourier spectroscopy has a high resolution, and how the scaling law is more effective than other spectroscopy methods, making it possible in principle to construct an ultra-high resolution spectrometer. The explanation regarding this point is as explained above. In order to examine the state of the signal in such a case, a hypothetical close double line spectrum was examined. For simplicity, the shape of the spectrum is assumed to be Lorentzian. In this case, FIG. 7A shows the transmitted light signal,
FIG. 7B shows the spectrum obtained by Fourier transformation. As is clear from these figures, on top of the periodic signal determined by the line spectrum, the signal has minute vibrations due to the base portion of the spectrum. The facts shown by these analyzes (a) to (c) indicate that it is Fourier spectroscopy itself, and one of the differences from infrared Fourier spectroscopy, etc., which uses ordinary light interference, is that , the white light component gradually approaches not the zero level but one-half of the amount of incident light. Another feature is that it does not utilize interference phenomena, so the signal detected by the photoelectric detector with a line spectrum becomes a periodic signal that does not attenuate, which is different from interferometry, which is limited by the coherent length. It's on. (Summary) In this invention, we have proposed Faraday rotation Fourier spectroscopy based on a new principle that is completely different from conventional spectroscopy using dispersive elements or interference spectroscopy. According to studies using pure water as a Faraday rotation element, the refractive index dispersion is basically several tens to several times larger than the refractive index dispersion.
It was found that spectroscopy can be performed with essentially high resolution by using the Welde constant, which has a wavelength dispersion of more than 100 times. In addition, since it is a system with little optical loss in principle and does not utilize interference effects, a large scaling law is established, and if a large-scale equipment is constructed and ultra-high resolution spectroscopic experiments are performed, it is possible to move from the ultraviolet to the near-infrared. It is expected that the accuracy of the spectrum in the outer region can be significantly improved. On the other hand, if an infrared Fourier spectrometer is used in combination, the optical spectroscopy from ultraviolet to infrared will be completely different from conventional methods, allowing the Fourier spectrometer to cover the entire range and perform consistent measurements. It became possible. Furthermore, Faraday rotation Fourier spectroscopy can be applied to optical, electrical, and
It can be performed only by a combination of computer techniques.
This is significant in that it is possible to produce a spectrometer with significantly improved performance without any particularly difficult technical innovations in the actual production of the device. 【table】

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明のフアラデー回転フーリエ分
光法の原理を説明するための分光光度計を示す線
図、第2図は水のヴエルデ定数を示す曲線図、第
3図A及びBはこの発明の説明に供する検光子か
らの合成光量及びこれから得られた波長成分のス
ペクトルをそれぞれ示す曲線図、第4図はこの発
明の説明に供する検光子からの光量を示す曲線
図、第5図A,B及びC〜第7図A及びBはこの
発明の計算機シミユレーシヨンによる実施例をそ
れぞれ示す曲線である。 LS……光源、CL……レンズ系、P1……偏光
子、P2……検光子(又は偏光子)、FA……フア
ラデー回転素子、PS……電源、D1,D2……
光電検出器、CP……コンピユータ、M1……フ
ーリエ変換手段、M2……ヴエルデ定数/波長又
は周波数変換手段。
Fig. 1 is a diagram showing a spectrophotometer to explain the principle of Faraday rotational Fourier spectroscopy of the present invention, Fig. 2 is a curve diagram showing the Weerde constant of water, and Fig. 3 A and B are diagrams of the spectrophotometer of the present invention. FIG. 4 is a curve diagram showing the combined light amount from the analyzer and the spectrum of wavelength components obtained from the analyzer for explanation, FIG. 4 is a curve diagram showing the light amount from the analyzer for explanation of this invention, and FIG. 5 A, B and C to FIG. 7A and B are curves showing computer simulation embodiments of the present invention, respectively. LS...Light source, CL...Lens system, P1...Polarizer, P2...Analyzer (or polarizer), FA...Faraday rotation element, PS...Power supply, D1, D2...
Photoelectric detector, CP...computer, M1...Fourier transform means, M2...Wuelde constant/wavelength or frequency conversion means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 被検出光を偏光させた後磁界がかけられたフ
アラデー回転媒質中に導き、 該フアラデー回転媒質中で該偏光の偏光面を複
数回回転させて波長によつて回転角が相違する波
長情報の重畳信号を取り出し、 該重畳信号から特定の偏光成分を分離し、 該偏光成分から磁界強度に対応した該偏光成分
の光量を検出し、 該光量を該磁界強度に基づいてフーリエ逆変換
を行つてヴエルデ定数に基づいた強度情報に変換
し、 該ヴエルデ情報から波長又は周波数スペクトル
情報に変換して被検出光を分光することを特徴と
するフアラデー回転フーリエ分光法。
[Claims] 1. After polarizing the light to be detected, the light is guided into a Faraday rotating medium to which a magnetic field is applied, and the plane of polarization of the polarized light is rotated multiple times in the Faraday rotating medium to adjust the rotation angle depending on the wavelength. extracting a superimposed signal of wavelength information with different wavelengths, separating a specific polarized light component from the superimposed signal, detecting the light amount of the polarized light component corresponding to the magnetic field strength from the polarized light component, and determining the light amount based on the magnetic field strength. Faraday rotation Fourier spectroscopy, which comprises performing inverse Fourier transform to convert into intensity information based on the Welde constant, and converting the Welde information into wavelength or frequency spectrum information to separate the detected light.
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