DE2130974A1 - Vorrichtung zur Messung des Dichroismus - Google Patents

Vorrichtung zur Messung des Dichroismus

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DE2130974A1
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Hawes Roland C
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/45Interferometric spectrometry
    • G01J3/453Interferometric spectrometry by correlation of the amplitudes
    • G01J3/4537Devices with refractive scan
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/19Dichroism

Description

Signal bildet, und auf diese Weise ein Transmissionsspsktrum zu erhalten, das dem Dichroismus entspricht. Das Transmiss ions· Spektrum kann, im Falle des zirkulären Dichroismus, in Dichroismus umgewandelt werden, indem es durch das gewöhnliche Transmissionsspektrum (entsprechend der gewöhnlichen Absorption), das durch gewöhnliehe Fourlerspektroskopie gebildet werden kann, dividiert wird.
der Erfindung:
Die Erfindung betrifft allgemein Vorrichtungen zur Messung von polarisationsabhängigen optischen Eigenschaften von Pro· ben, und insbesondere die Anwendung von Interferoaetertech^ niken mit zugehöriger Abtastung (Scanning) bei solchen Messungen.
Bisher wurde bei der Messung des zirkulären Dichroismus (eine sehr nützliche optische Eigenschaft von Substanzen, die definiert ist als die Differenz in der Absorption einer optisch aktiven Probe bei Bestimmung unter Verwendung von linkszirkular polarisiertem Lieht bzw« rechts zirkulär polarisiertem Licht) das Verhältnis von Wechsel-und Gleichstrom-Komponenten eines elektrischen Signales am Ausgang eines Detektors, beispielsweise einer Fotozelle, gemessen (US-Patentschrift 3 257 894). Auf den Detektor auffallendes Licht ,durch das/Signal erzeugt wird, wird üblicherweise dadurch gebildet, daß es als ein Lichtstrahl von einer Quelle mit einem Monochromator durch einen Polarisator, dann durch einen Polarisations* oder elektrooptischen Modulator in dem das eben polarisierte Licht in zyklisch sich ändernder Weise elliptisch polarisiert wird (gekennzeichnet durch zwei gegeneinander rotierende, zirkulär polarisiert® Komponenten, deren relative Größen sich zyklisch - mit einer »Ilodulationsfroquen^.seitlich ändern, ss daß die dominiereade Komponente abwechselnd rechts und links sir» polarisiert ist) und schließlich durch, eine Fraise läuft.
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Wenn diese Probe zirkulär dichroitisch ist, absorbiert sie die entgegengerichteten und ihre Polarisation periodisch ändernden zirkulär polarisierten Komponenten ungleich, so daß die gesamte auf die Fotozelle fallende Lichtmenge eine entsprechende periodische Variation erfährt, das heißt die Lichtmenge ist größer, wenn die dominierende zirkulär polarisierte Komponente des durch die Probe hindurchtretenden Lichtes von dieser weniger absorbiert wird, und wird kleiner, wenn die dominierende zirkulär polarisierte Komponente d&n Drehsinn hat, der von der Probe stärker absorbiert wird. Die fluktuierende Komponente der Ausgangsspannung der Fotozelle ( hat eine Frequenz gleich der Modulations frequenz, und eine Amplitude proportional der Differenz zwischen den Transmis« sionsgraden für die zirkulär polarisierten Komponenten entgegengesetzten Drehsinne· Die Gleichkomponente entspricht andererseits der mittleren Transmission der Probe für Licht bei der interessierenden Wellenlänge.
Dieses und ähnliche Systeme erfordern eine aufwendige Aus» rüstung, einschließlich des Honochromators und des elektrooptischen Modulators· Es ist zwar bereits vielfach versucht worden, diesen Aufwand zu eliminieren, das beschriebene Arbeitsprinzip wurde jedoch bei den vorhandenen Vorrichtungen zur Messung des Dichroismus in Proben beibehalten, das heißt i brauchbare Ersatslösungen sind nicht ermittelt worden.
Vorrichtungen zur Messung des zirkulären Dichroismus werden gewöhnlich leicht an die Messung auch des linearen Dichroismus angepaßt, der als die Absorptionsdifferenz einer Probe für linear polarisiertes Licht, dessen Polarisationsrichtung einer maximalen Absorption durch die Probe entspricht, und einer Richtung orthogonal zu der Richtung maximaler Absorption definiert ist. Linearer Dichroismus ist eine weitere
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nützliche optische Eigenschaft von Substanzen und ist die Eigenschaft, von der beispielsweise die nützlichen Charakteristiken von sogenannten Polarisationsfiltern abhängen« Der lineare Dichroismus kann durch die beschriebene Vorrichtung gemessen werden» wenn eine Viertelwellen-^Vorspannung* in die Polarisationscharakteristiken des Lichtstrahls einge~ führt wird, indem dem elektro-optische^. Modulator zusätzlich zu der Wechselspannung eine ausreichende Gleichspannung zugeführt wird, oder indem in den Lichtweg eine Viertelwellenlängen~Verzögerung üblicher Konstruktion eingesetzt wird* Der ) durch die Probe hindurchtretende Lichtstrahl variiert dann zyklisch zwischen d&n beiden orthogonal linear polarisierten Komponenten« Bei der Modulationsfrequens absorbiert eine linear dichroitische Probe diese beiden Komponenten ungleich^ so daß sich entsprechende periodische Variationen der auf die Fotozelle fallenden Lichtmenge ergeben«
Wie sich aus dem Vorangegangenen ergibt, haben vorhandene Systeme auch den Kachteil daß Messungen von Dichroismus» Spektren Jeweils nur in einom WellenlMngenband durchgeführt werden können» wobei die Bänder nacheinander durch den Abtast« (Scanning )M©chanismus im Monochromator geändert werden. Da es besonders unangenehm im Infraroten, wo wegen dor ICLeinheit der gewöhnlich auftretenden dichroitischen Effekte und wegen des «konstanten Rauschens" gewöhnlicher fotometrischer Detektorsysteme eine sehr lange Zeit für die Messung in jedem Wellenlängenband benötigt wird, um genug Information zu akkumulieren, um genaue Werte für solch kleine Absorptionsdifferenzen zu erhalten·
Bei gewöhnlichen Absorptionsmessungen ist es bereits einige Zeit bekannt, daß es durch sogenannte "Fourierspektroskopie" unter Verwendung eines Interferometers möglich ist, Ilessungen bei vielen Wellenlängen gleichzeitig durchzuführen,
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wobei jede Wellenlänge durch eine andere Signalfrequenz gekennzeichnet ist, die der auf den Detektor fallenden Strahlung aufgezwungen ist· Die Signale werden anschließend entsprechend der Frequenz "aussortiert", und zwar durch einen mathematischen Prozeß, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die inverse Fouriertransformierte der Detektor-Signale genommen wird, die gesammelt und elektrisch aufgezeichnet worden sind· Wenn Messungen bei vielen Wellenlängen gleichzeitig gemacht werden, ist es möglich, bei jeder Wellenlänge Messungen zu erhalten, die ebenso genau, oder sogar genauer sind, als sie in der gleichen Zelt mit einem einzigen Wellenband unter Verwendung eines Monochromator« zur Wellenbandisolierung erhalten wurden, wenn konstantes Detektorrauschen, gleiche optische Bandbreite oder Auflösung, gleicher Transmissionswirkungsgrad, und gleiche "Lichtaufnahme" oder "Durchsatz" angenommen werden. Es war jedoch bisher nicht möglich, diese Technik für die Messung des Dichroismus zu verwenden, weil kein Verfahren bekannt war, einen Polarisationsmodulator herzustellen, der für Dichroismus Modulationseigenschaften hat, die analog denen des üblichen Michelson-Interferometers für die Intensitätsmodulation bei unterschiedlichen Wellenlängen gleichzeitig bei verschiedenen Frequenzen sind.
3in weiterer Vorteil der lnterferometrischen Modulation liegt in der Tatsache, daß es für eine gegebene Auflösekraft der Vorrichtung praktisch möglich 1st, mehr Strahlung durch ein Interferometer zu schicken als durch einen Monochromator. Das liegt an zwei Gründen: Der erste ist der, daß die "Lichtaufnahme11, das heißt der geometrische Faktor, der die Fähigkeit der Vorrichtung zum Durchlassen von Strahlung bestimmt, für ein Interferometer anerkanntermaßen größer ist als für einen Monochromator· Der zweite liegt darin, daß der Monochromator gewöhnlich viel mehr optische Elemente enthält, von denen jedes einen gewissen Verlust in das System einführt,
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und damit ist der Transmissionswirkungsgrad des Monochromator leicht für eine bestimmte einzelne Wellenlänge kleiner als für ein Interferometer» trotz der Tatsache* daß ein normaler Strah« lenteiler in einem Interferometer die durch das Interferometer hindurchgelassene Lichtintensität um den Faktor 2 am Strahlen-Rekombinationspunkt reduziert, weil die Hälfte der Strahlung zur Quelle zurückgeschickt wird*
der
Durch die Erfindung soll eine Lösung für die obigen Probleme geschaffen werden, indem die Notwendigkeit beseitigt wirde einen Monochromator, einen Polarisationsmodulator und die zugehörigen Einrichtungen zu verwenden, wobei eine interf erometrische Vorrichtung an deren Stelle verwendet wird und zur Verwendung bei der Messung des Dichroismus, sowohl des linearen als auch des Zirkularen, geeignet gemacht wird.
Allgemein gesagt betrifft die Erfindung die Verwendung der Fourierspektroskopfe bei der Messung des zirkulären oder linearen Dichroismus· Bei diesem Verfahren wird ein Interferenz-Polarisations-Modulator verwendet, der dadurch gekennzeichnet ist,, daß er eine vernachlässigbare Amplitudenmodulation erzeugt, wenn im optischen Zug im Anschluß an den Modulator und im Detektor kein Dichroismus vorhanden ist. Linearer oder zirkularer Dichroismus in diesem Bereich des Gerätes wandelt die Polarisationsmodulation jedoch in Amplitudenmodulation um, Die Polarisationsmodulation ist für eine andere Frequenz für jede Strahlungswellenlänge gekennzeichnet, die durch die Wechselwirkung der Strahlung mit der dichroltischen Probe hervorgerufenen Signale können also alle gleichzeitig aufgezeichnet und können später durch eine einfache elektronische Frequenztrennung* oder vorzugsweise durch die Verwendung eines
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Computers "entwirrt" werden» um die inverse Fouriertransformation der Frequenzmenge zu bilden, die das vollständige Signal bildet, und auf diese Velse ein TransmissIonsspektrum zu erhalten, das dem Dichroismus entspricht. Das Transmissionsspektrum kann seinerseits, im Falle des Zirkularen Dichroismus, in Dichroismus umgewandelt werden, indem es durch das gewöhnliche Transmissionsspektrtm (entsprechend der gewöhnlichen Absorption), das durch gewöhnliche Fourierspektroskopie gebildet werden kann, dividiert wird.
Typischerveise, und bezüglich der Messung des DichorIsmus λ wird die Erfindung in einer Vorrichtung zur Messung des Dichroismus verwirklicht, die aus einer Quelle für Licht unterschiedlicher Wellenlänge besteht, einem Polarisation s .lTiterferometer, das relativ bewegliche Reflektoren aufweist, mit denen das Quellenlicht so verarbeitet wird, daß ein Strahl gebildet wird, der, für jede Wellenlänge, durch ElliptAzität gekennzeichnet ist, die zwischen linker und rechter zirkularer Polarisation alterniert, wobei die Strahlpolarisation in einer Richtung linear wird, wenn sich die Elliptizität von linker nach rechter Zirkularpolarisation ändert, und linear in der anderen Richtung, wenn sich die Elliptizität von rechter zu linker Zirkularpolarisation ändert, wobei die charakteristische Frequenz N dieses Wechsels sich in Abhängig- f keit von der Lichtwellenlänge ändert; ein Probenraum, der so angeordnet ist, daß der elliptisch polarisierte Strahl durch eine dichroitlsche Probe in diesem Raum hindurchlaufen muß, daß das linke und rechte polarisierte Licht einer bestimmten Wellenlänge^unterschiedlich absorbiert, wenn die Probe zirkulär dichroitisch ist, und die parallel bzw. dazu senkrecht linear polarisierten Komponenten des polarisierten Lichtes unterschiedlich absorbiert, wenn die Probe linear dichroitisch ist, und einen Strahlintensitätsdetektor, der im Weg des Strahls vom Probenraum angeordnet ist und in der V/eise gekennzeichnet 1st, daß seine Ausgangsspannung sich mit der Frequenz
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ändert, wenn die Probe sich in dem Raum befindet, wobei die Ausgangsspannung dazu geeignet ist, so verarbeitet zu werden, daß ein dlchroitisches Spektrum erzeugt wird, das sich mit der Wellenlänge A ändert. Typischerweise kann die Verarbeitungseinrichtung einen Verstärker, eine Digitaldarstellung, und Einrichtungen wie einen Computer oder Filter aufweisen 0 die mit der Digitaldarstellung verbunden sind, um Daten zu bilden, die die dichroitischen Spektren in Abhängigkeit von der Wellenlänge repräsentieren, wobei das Computerprogramm die Transformierte liefert, um Extensität als Punktion der w Elliptizitätsänderungsfrequenz in Dichroismus als Funktion der Wellenlänge umzuwandeln· In dieser Beziehung ist diese Frequenz eine Funktion der Wellenlänge, wie noch erläutert wird, für eine bestimmte Abfragegeschwindigkeit der relativ bewegbaren Reflektoren oder der anderen bewegbaren Interferemeterbestandteile. Die Erfindung ist auch zur Messung entweder des Zirkularen oder des linearen Dichroismus geeignet, wie noch erläutert wird,
Bs können zwar verschiedene interferometrische Einrichtungen verwendet werden, üblicherweise kann das Polarisatlonsinterferometer jedoch einen Strahlenteiler aufweisen, der so angeordnet ist, daß er Komponenten eines linear polarisierten Lichtes von einer Quelle sowohl durchläßt als auch reflektiert, von denen eine Komponente später von den relativ bewegbaren Spiegel bzw. den Spiegeln reflektiert werden soll, sowie eine Betätigungseinrichtung, mit der die Relativbewegung hervorgerufen wird, um die Frequenz K zu steuern· T.rie noch erläutert wird, können der Polarisator, der Strahlenteiler und die Reflektoren so angeordnet werden, daß die Lichtpolarisationsvektoren in einem dreidimensionalen orthogonalen System orientiert sind, das X-, Y- und 2-Achsen aufweist, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Polarisationsvektor des
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fcichtes, das in der Richtung einer der Achsen vom Polarisator zum Strahlenteiler läuft und diaroh den Strahlenteiler zu einem Reflektor in Richtung einer zweiten der Achsen orientiert ist, der Polarisationsvektor des nach Reflektion von dem einen Reflektor zum Strahlenteiler zurückkehrenden Lichtes in Richtung einer dritten der erwähnten Achsen orientiert ist, und der Bolarisationsvektor des vom Strahlenteiler reflektierten und nach Reflektion am zweiten Reflektor zu diesem zurückgeschickten Lichtes in Richtung der ersten Achse orientiert ist. Das in X-Richtung zum Reflektor laufende Licht kann also in Y-Richtung polarisiert sein, wenn in Y-Richtung zum Strahlenteiler laufendes Licht in Z-Richtung polarisiert ist; statt dessen kann das in IC-Richtung laufende Licht in Z-Richtung polarisiert sein, wenn in Y-Richtung laufendes Licht in X-Richtung polarisiert ist· Die Grundforderung betrifft nicht bestimmte Richtungen, sondern daß die rekombinierten Polarisationsrichtungen, getrennt betrachtet, orthogonal sind.
Wenn der Strahl durch die Probe hindurchläuft, zeigt die Probe für reinen Zirkularen Dichroismus keine Differenz in der Absorption zur linear polarisiertes Licht, gleichgültig, wie die Probe im Strahl orientiert ist. Bei linearem Dichroismus geschieht genau das umgekehrte· Wenn die Probe richtig im Strahl orientiert ist, zeigt sich eine Differenz dar Absorption für linear polarisierte Strahlung mit einer Richtung der linearen Polarisation gegenüber der mit orthogonal dazu gerichteter linearer Polarisation· Wenn die Probe rein linear dichroitisch ist, zeigt sie keine Absorptionsdiff erens für die zirkulär polarisierten Komponenten·
Da das Signal für reinen linearen Dichroismus bei einer bestimmten Wellenlänge genau 90° gegen das Signal für reinen zirkulären Dichroismus versetzt ist, können -diese beiden
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Signale unabhängig durch die Kosinus- bzw. Sinus-Demodulations* funktion demoduliert werden·
Damit Proben linear dichroitisch werden» müssen diese fest sein oder» falls es sich um flüssige Proben handelt, Scherkräften unterworfen werden. VeiarL solche Proben um die Achse des durchlaufenden Strahls rotiert werden können, kann der lineare Dichroismus durch die Differenz zwischen zwei Kessungen festgestellt werden, bei denen die Probe in zwei zueinander senkrechten Stellungen sich befindet» die die größten linearen Effekte ergibt, und somit kann Jede instruaentelle "Vorspannung", die durch das Verhalten des Gerätes verursacht ist (das heißt nicht von der Probe) eliminiert werden, sofern dieser Geräteeinfluß die untersuchten Effekte nicht überdeckt« Der lineare Dichroismus ist im allgemeinen auch erheblich stärker als der Zirkulare Dichroisatus, so daß die Vermeidung jedwelcher Störung nicht so kritisch ist« wenn der lineare Dichroismus allein gemessen werden, soll*
Die Erfindung soll «mVi«^ der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigern
Fig. 1 schematisch eine Anordnung zur Messung des Dichroismus;
Fig* 2 schematisch die Fluktuation der Polarisation in Abhängigkeit von der Zeit für zuöi Wellenlängen»
Fig. 3 einen Spannungsverlauf zur Anzeige des Dichroismus in Abhängigkeit von der Wellenlänge;
Fig. 4 eine Polarisationsfolge charakteristisch für die Erfindung; und
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Fig. 5 eine Polarisationsfolge charakteristisch für einen konventionellen elektrooptischen Modulator.
Gemäß Fig. 1 sind zur Messung des zirkulären Dichroismus eine Lichtquelle 10, die breitbandig elektromagnetische Strahlung vie Licht bei unterschiedlichen Wellenlängen liefert, und eine Kollimatoroptik 11 vorgesehen· Zwischen der Quelle und dem Probenraum 12 1st ein optisches System angeordnet» das allgemein als Polarisationsinterf erometer mit relativ beweglichen Reflektoren bezeichnet werden kann» mit dem das Licht von der Quelle so verarbeitet wird, daß ein Strahl 13 geliefert wird, der, für Jede Wellenlänge, durch Elliptizität gekennzeichnet 1st, die zwischen linker und rechter zirkulärer Polarisation wechselt, wobei zwischenzeitlich die Strahlpolarisation linear wird und ihre Richtung sich von einer als "parallel11 d. h, "p" sich in "senkrecht" oder wsn ändert (diese Bezeichnungen sind üblich) und die Frequenz N dieser Änderung ist abhängig von der Lichtwellenlänge, das heißt
»a - F fc a>
worin bedeuten a « speziellen Wellenlängen zugeordnete
Zahlen und {*j)
Nn « üiiiptlzitätsänderungsfrequenzen, die speziellen Wellenlängen zugeordnet sind·
Fig« 2 zeigt eine solche Fluktuation der Polarisation in Abhängigkeit von der Zeit t, und zwar für die bestimmten Wellen ^1 und /\ 2> und kann auf andere T/ellenlangen verallgemeinert werden, indem Linien mit anderen Neigungen vorgesehen werden, die andere Wellenlängen repräsentieren, wobei jede am Punkt
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nullter Ordnung durch die optische Phasenachse null läuft. Beim Interferometer nach Fig, 1 ist die Neigung ^eder Linie umgekehrt proportional der entsprechenden Wellenlänge.
Der Probenraum 12 ist so angeordnet, daß der Strahl 13 beispielsweise durch eine zirkulär dichroitische Probe 14 in diesem Raum hindurchtreten kann, wobei die Probe typischerweise das links und rechts zirkulär polarisierte Licht einer charakteristischen Wellenlänge unterschiedlich absorbiert» Ein Strahlintensitätsdetektor 15 ist im Weg des Strahls 13a nach Durchlaufen des Proberaums 12 angeordnet, wobei normaler« weise ein Kondensor 16 in den Weg eingesetzt ist» um die Größe des Strahls am Detektor herabzusetzen· Die Intensität der Detektorausgangsspannung bei 17 ändert sich charakteristisch mit den Frequenzen N& wenn sich die Probe 14 im Raum befindet«
Der Detektorausgang, eine Ihterferograimnfunktion F (N0), v/ird anschließend in Einrichtungen verarbeitet, die allgemein bei 16 dargestellt sind* um dichroitische Spektren zu erzeugenp die von der Wellenlänge abhängig sind, wie in Fig* 3 dargestellt.
Wenn keine Probe vorhanden ist, liefert der Detektor ideal erweise eine konstante (oder Gleich-)Spannung, abgesehen von Rauschen oder statistischen Fluktuationen. Der Ausdruck "ideal" irird verwendet, weil ein Detektor, der vollständig frei von Effekten durch lineare Polarisation ist, sehr ungewöhnlich ist· In der Praxis wird oft die Tatsache ausgenutzt, daß der zirkuläre Dichroismus um 90° gegen ein Signal verschoben ist, das sich aus linearen Effekten ergibt, und deshalb prinzipiell in der Rechnung von der Linearantwort getrennt werden kann« In der Praxis ist diese Trennung selbstverständlich nie vollständig, durch sorgfältige Justierung und Konstruktion kann
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sie Jedoch sehr nützlich sein· - ..,·.·
Die dargestellte Vorrichtung 18 kann einen Verstärker 19 aufweisen, dessen Eingang zur Aufnahme der Ausgangsspannung vom Detektor 17 geschaltet ist, eine Digitaldarstellung 20 (beispielsweise einen Analog-Digital-Konverter), der an den Aus* gang 21 des Verstärkers angeschlossen ist und bei 22 einen entsprechenden Digitalausgang 22 liefert, und ein Digitalrechner 23» der mit der Digitaldarstellung verbunden ist, üia ein Fouriertransmissions-DichroisinusspektruiaATj^p^ (/\) oder AXn _ (λ), vie angedeutet, zu bilden, entsprechend der Gleichung £ T (L-R) odertf?/ ß\
- F (Ka) χ H
für Demodulationsfunktion M O\) ist im folgenden definiert.
Din Foiirlerspöktroskopie-Transmissionsspektrum T (h) wird in üblicher T/eise für die gewöhnliche Transmission der gleichen Probe gebildet, und der Rechner 23a dividiert dannAT,j,_R (^) i dAS (S) dh T (A) A 90 d fäh
- s (S) durch T (A), um am Ausgang 90 das ungefähre Absorptionsspektrum ÄA» ^ (/S) entsprechend den zirkulären bzw. linearen Dichroismus zu erhalten, vi& in Fig· 3 dargestellt. Eine Anzeige für den linearen oder zirkulären Dichroismus ist in Flg. 1 bei 91 angedeutet. Gewunschbnfalls kann der Ausgang 21a von der Digitaldarstellung in einem Speicher 24 zur späteren Verarbeitung durch den Rechner gespeichert werden. Sin anderes Verfahren zur Bildung des Spektrums T (A) vrtirde lediglich ein Drehen des Anfangspolarisators 26 in dem Sinne erfordern, daß die Polarlsationsvirkung 45° gegen die dargestellte Richtung liegt, anschließend läßt man das System nochmals durchlaufen, und das oben beschriebene Integral wird berechnet. Statt dessen kann das Spektrum T (h) dadurch erhalten werden, daß lediglich entfernt wird
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die in der Einrichtung zur Herstellung des Strahls 13 vorgesehen sind, können eine zugehörige Abtastgeschwindigkeit Y haben, die dadurch gekennzeichnet ist, daß für irgendeine ausgewählte Wellenlänge λ des Lichtes von der Quelle 10 sich eine zugehörige Frequenz N_ der Strahlelliptizitätsänderung in der beschriebenen Weise ergibt, die beispielsweise durch die folgende Gleichung dargestellt werden kann:
«a-F hf"* (2)
Diese Gleichung stellt eine der Formen dar» die Gleichung (1) eintxehaen kann, und die zu beschreibenden Einrichtungen arbeiten im allgemeinen in der Waise, daß die Gleichung (2) erfüllt wird. Die Gleichung (2) kann so betrachtet werden, als ob die Bedingung dargestellt wird, daS jede I/ellenlängs h& mit einer charakteristischen Geschwindigkeit durch, asn. Polarisations«· zyklus geht. Gemäß Fig. 2 geht die Wellenlänge^ mit einer Periode T^, die einer Frequenz N^ zugeordnet ist, durch den Polarisatioftszyklus, während die Wellenlänge Jy2 durch ihren PolarisationssyklUB mit einer Periode T2 geht, die der Frequenz N2 zugeordnet ist, wobei T2 im allgemeinen sich von T^ unterscheidet. Ss ist zu beachten, daS eich das für die gleiche Abtastgeschwindigkeit V der relativ bewegbaren. Spiegel in dem zu beschreibenden Interferometer ergibt.
Es wird jetzt ein Interferometer beschrieben, das ungewöhnlich vorteilhafte Eigenschaften hat5 andere Geräte, die die gleiche Funktion erfüllen, sind jedoch ebenfalls brauchbar. In der dar-
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gestellten Weise wirkt ein Linearpolarisator 26 auf den Lichtstrabi 27 von der Quelle» um diesen linear zu polarisieren» wie beispielsweise durch den Vektor 28 im Strahl 29 dargestellt. Ein Strahlenteiler 30 ist so angeordnet, daß eine Komponente des Lichtstrahls 29 so reflektiert wird, daß ein reflektierter Strahl '31 gebildet wird» und eine Komponente des Strahls 29 durchgelassen wird» daß ein Strahl 32 gebildet wird» deren Polarisationsvektoren bei 33 und 34 dargestellt sind. Die Vektoren 28 und 34 sind in Y-Richtung orientiert» und der Vektor 33 ist in X-Richtung orientiert» in dem dargestellten rechtwinkeligen Koordinatensystem·
Eine allgemein mit 38 bezeichnete Reflektoreinriehtung ist relativ zu einer Reflektionseinrichtung 35 und zum Strahlenteiler 30 bewegbar» und auch in der positiven oder negativen Y-Richtung, und mit einer Geschwindigkeit V wie beschrieben· Für diesen Zweck kann die Einrichtung auf einen Schlitten 36 montiert werden» der mit einer Betätigungseinrichtung 37 bewegbar ist. Die Reflektorgruppe 38 kann die Reflektoren 44, 45» 46 und 47 aufweisen, die so angeordnet sind» daß ein Strahl 48 gebildet wird» der zum Strahlenteiler zurückkehrt und einen charakteristischen Polarisationsvektor 49 hat» der in X-Richtung orientiert ist, dessen optische Phase durch die Spiegelbewegung jedoch verschoben wird» wie durch die ausgezogenen und unterbrochenen Linien 49 und 49a angedeutet ist. Di· Reflektorgruppe 35 kann auf der anderen Seite Reflektoren 39» 40 und 41 aufweisen» die in der dargestellten Weise so angeordnet sind» daß sie auf den Strahl 32 in der liaise wirken» daß ein RUckstrahl 42 gebildet wird» dessen Polarisation in Richtung des Vektors 43 in Richtung der Z-Aehse liegt· Die Strahlen 42 und 48 werden im Strahlenteiler 30 wieder zu einem Strahl 13 vereinigt» und zwar nit zugehöriger Polarisationsmodulation» die später in Verbindung alt Flg. 4 beschrieben wird· In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen» daß
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Zeitkooräinate t gemäß Fig. 2 als bestimmend für die ■■· Ehasendifferenz Δ0 zwischen Vektor 43 und Vektor 49 betrachtet werden kann, oder als entsprechend dem Laufweg des Betätigungselementes 37. Die Strahlen 42 und 48 sind getrennt, aber kohärente linear polarisierte Strahlen etwa gleicher Intensität mit zueinander orthogonalen Polarisationsrichtungens einer dieser Strahlen 1st ferner prograssiv phasenmäßig gegenüber dem anderen verzögert, wobei di© Verzögerungsrate für unterschiedliche Wellenlängen im Band unterschiedlich ist.
™ Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 ist zu beachten, daß bal lodern Spiegel dor relativ bewegbaren Spiegel 35 und 3β ά@τ Strahl um einen IJinkel von 90° gedreht wird, und parallel zu einer der Achsen X, 7 oder Z läuft. Die Normalen zu die» sen Spiegeln liegen also unter 45° zu den entsprechenden Achsenpaaren, die Normale des Spiegels 39 liegt in einer XY-Ebeno und unter 45° zu diesen beiden Eichtungen, die Normalen der restlichen Spiegel stehen in ähnlicher Weise alt den Achsanrichtuagen in Verbindung, nämlich: Spiegeln 40 zu einer YZ-Sbene, Spiegel 41 zu einer XZ-Ebene, Spiegel 44 und 43 zu einer X7-Ebene und Spiegel 46 und 47 zu einer TZ-Ebene«
TJeiterhin kann eine ebenfalls befriedigende Vorrichtung
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durch Drehen des Spiegels 39 derart, daß seine Normale in der XZ-Ebene liegt, die Normalen der Spiegel 40 und 41 liegen dabei in der YZ- bzw. XY-Ebene, und die Mitte des Spiegels 40 ist entsprechend andere angeordnet·
In ähnlicher Weise können die Spiegel des beweglichen Reflektors 38 so anders angeordnet werden» daß der Strahl zwischen den Spiegeln 44 und 45 in Z-Richtung läuft, zwischen 45 und 46 in Y-Richtung und zwischen 46 und 47 in Z-Richtung« Andere Anordnungen der bewegbaren Reflektoren 36 sind möglich, beispielsweise eine» bei der die drei Strahlsegmente zwischen den vier Spiegeln alle in einer Ebene senkrecht zur auftreffenden und abgehenden Richtung liegen· Bei allen vünschbaren Anordnungen des Strahlenteilers und der relativ bewegbaren Spiegel sollten die Polarisationsvektoren der Strahlen bei Jeder Reflektion entweder in der Auf tr eff ebene oder senkrecht dazu liegen» um die sonst durch die Reflektio- nen verursachte Elliptizität auf einem Minimum zu halten·
Ss sollte beachtet werden« daß das Licht 42, das in negativer X-Richtung zum Strahlenteiler läuft» in der Y-Richtung polarisiert sein kann» wenn das Licht 48» das in negativer Y-Richtung läuft» in Z-Richtung polarisiert ist. Die Grundforderung betrifft nicht spezielle Richtungen» sondern besteht darin» daß die rekombinierten Polarisationsrichtungen orthogonal sind. Genauer gesagt» die getrennten Strahlen» die vom Interferometer rekombiniert werden» müssen» wenn sie unabhängig voneinander betrachtet werden» koaxial sein und Polarisationsvektoren haben» die in orthogonalen Riehtungen liegen» Be ist keinesfalls notwendig, daß eine dieser Richtungen die Z-Richtung ist. und die anderen die Y- oder X-Richtung sind; in einer praktischen Ausführung gibt es jedoch gute Gründe» die mit den Eigenschaften von bekannten Spiegeln und Strahlentellern zusammenhängen» die es wUnschens-
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vert machen, eine Vektor orientierung in Z-Richtung zu haben» während die andere Orientierung die X- oder Y-Richtung 1st, Ds sei wiederholt, daß es willkürlich 1st» welcher Strahl die eine Orientierung liefert und welcher die andere, ebenso wie es willkürlich ist, welcher der Arme des Interferometers bewegt wird, um die lieglänge eines Strahls mit Bezug auf den anderen zu ändern·
Es ist wichtig» daß die beiden Strahlen linear polarisierter Strahlung, die vom Interferometer rekombiniert werden» und die die beschriebenen Polarisationsvektoren haben» in der Intensität oder Amplitude nicht fluktuieren» Sonst würde das Gerät auf gewöhnliche Absorption ansprechen« und dieser orheblich stärkere Effekt würde dazu neigen» zirkulären Dichroismus zu maskieren und die scheinbare Größe eines linearen Dichroismus zu ändern. Das beschriebene Interferometer kanu so justiert werden» daß praktisch keine Amplitudenmodulation, der kombinierten Strahlen bei 13 erfolgt.
Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung muß in einem Weg eine gerade Anzahl, von Spiegeln vorhanden sein» und eine ungerade Anzahl im anderen. Hur eine solche Anordnung bürgt dafür, daß die Polarisationsvektoren, die zur Strahlenkombinatlons-Sektlon des Strahlenteiler zurückkehren, nach der Kombination genau 90° zueinander orientiert sind. Es gibt viele Vislspiegel-Interferometer, jedoch keines mit der beschriebenen Eigenschaft (J· E. Shaw, JOSA, 57» Seite 1136, September 1967» US-Patentschrift 2 841 049 j Dale Pritcha und andere» Journal de Physique» 22, Supplement No. 3-4, Zoile 92, und M.V.R. K0 Murty, JOSA 50, Seite 7 (Januar I960). Tatsächlich 1st Symmetrie und nicht Unsymmetrie in einem Interferometer das übliche Ziel.
Ds ist zu erwähnen» daß der bewegbare Spiegelsatz sich liege des Strahls 31 oder 32 befinden kann» und daß der gerad
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zahlige oder der ungeradzahlige Satz bewegt werden kann» wenn vorzugsweise auch der gerade Satz bewegt wird» wie beschrieben. ZueckBaSlgerwelse ist noch zu erwähnen» daß der Polarisationsvektor der auftreffenden Strahlung gegenüber der angegebenen Position um 90° gedreht werden kann - mit anderen Porten in der Z-Rlchtung - ohne daß der Betrieb beeinflußt wird.
Sine Demodulationsfunktion H Q\), wie sie oben erwähnt 1st» kann durch den Betrieb von Einrichtungen gebildet werden» mit der die Position des laufenden Schlittens 36 mit Bezug auf die Position festgelegt wird» in der die beiden Strahlenwege hinsichtlich des Weges zwischen dem Strahlenteller und den Reflektorgruppen 35 und 38 und zurück (das heißt der sogenannten Position, "nullter Ordnung11) gleich sind. Solche Sinrichttmgen können beispielsweise zwei Hüfsllchtstrahlen» etwa im Sichtbaren» aufweisen. Sin Strahl ist ein breitbandiger Strahl 80» der von einer Quelle 81 ausgeht» in einem Polarisator 96 polarisiert wird und
gegenüber den Strahlen 29» 31» 48» 32» 42 und 13 versetzt durch das Interferometer lauft» jedoch mit den gleichen optischen Weglängen· Bach der Rekombination läuft der resultierende Strahl bei 82 durch einen Polarisator 75 oder eine andere stark linear diehroitische Hinrichtung» und wird bei 83 de— tektiertg das sich, ergebende Signal läuft über 84 zum Rechner 23b. Das Interferograram, das von diesem Strahl geliefert wird» weist eine einzige kräftige Spitze oder ein XntensltätemaxisiM auf» das etwa in der Position nullter Ordnung auftritt» so daß diese identifiziert wird und die Positionphase null der Deaodulationsfunktion M (h) bestimmt wird.
Der zweite Strahl 85 ist ein Laserstrahl» der bei 86 erzeugt wird und vorzugsweise nur eine oder wenige axiale Ilodi aufweist, und der kräftig linear polarisiert ist. Nach Durchlauf
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durch das Interferometer versetzt gegen die beschriebenen Strahlen, jedoch alt den gleichen optischen Weglängen, läuft der rekombinierte resultierende Strahl 87 durch einen Polarisatora der als 76 dargestellt ist· obwohl das gleiche dichroitische Element 75 verwendet werden kann» wenn gewünscht, und der bei 88 detektiert und bei 89 zum Rechner 23b geleitet wird, der ein Saum-Zähl- und Heß-System aufweist, mit dem es möglich ist, die vom Schlitten zurückgelegte Distanz absolut und genau fixiert zu bestimmen, beispielsweise indem Säuae von der Position nullter Ordnung gezählt vorden, korrigiert für irgendeine Distanzdifferenz» die auf die Dispersion der Phasenver» schiebsiag zurückgeführt werden kann» die durch die zusätzlich« Reflektion im Interf erometerweg verursacht wird, der die gerade Anzahl von Spiegeln enthält« Der Ausgang des Saumzählersystems wird dann vom Rechner 23b so interpretiert» daß die Demodulations-Kosinus- oder Sinus-Funktion M 00, das heißt cos (N t)
oder sin (N.t), gebildet wird» die zur Erzeugung der inverses. Fouriertransformierten benötigt wird, wobei der Kosinus oder Sinus dem linearen bzw. zirkulären Dichroismus entspricht, je nach den,was gemessen werden soll.
Ss gibt Proben, die sowohl linearen als auch zirkulären Dichroismus gleichzeitig zeigen. Für.eine vollständige Untersuchung müßte das Interferograinm einer solchen Probe zweimal im Rechner verarbeitet werden» je einmal mit jeder Deaodulationsfunktion, und dann würden zwei getrennte (lineare und zirkuläre) Dichroismusspektren einer solchen Probe erhalten werden· Das Zirkular-Dichroismus-Spektrum würde Absorptionsbänder zeigen, die immer einigen Tfellenlängenpositionen für gewöhnliche Absorption entsprechen, während das Linear-Dichroismus-opektrum nicht notwendigerweise dem gewöhnlichen Absorptionsspektrum entspricht, obwohl das gewöhnlich der Fall sein dürfte. Hs soll jedoch wiederholt werden, daß das eine mterferograEna die Information sowohl für Mnear- als auch Zirkular-Dichroismiüä·
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Spektren enthält.
Fig. 4 zeigt den Modulationscharakter der rekombinierten Strahlen bei 13» wenn diese durch die wiederholte zyklische Folge laufen, von der der folgende ein vollständiger Zyklus mit willkürlichem Startpunkt 1st:
101 - links zirkulär polarisiert
102 - elliptisch polarisiert (links)
103 - linear in "p^-Richtung polarisiert
104 - elliptisch polarisiert (rechts)
105 - rechts zirkulär polarisiert
106 - elliptisch polarisiert (rechts)
107 - linear polarisiert in nsw-Richtung
108 - elliptisch polarisiert (links) 101 - links zirkulär polarisiert usw.
Diese Folge zeigt nur diskrete Punkte in einer kontinuierlichen Handlung von elliptischer Polarisation» die sich ergibt, wenn zwei kohärente Strahlen polarisierter Strahlung koaxial kombiniert werden, deren Polarisationsyektoren orthogonal orientiert sind, wenn die Phase eines Strahls progressiv gegenüber der des anderen erhöht wird.
Wie bei der Fourier-Absorptionsspektroskopie üblich, kann die Spiegelbewegung entweder schrittweise oder kontinuierlich erfolgen. In ähnlicher Weise kann sowohl der absolute Wert der Intensität oder sein Differential bezüglich der Weglänge gemessen werden.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 kann als ein Beispiel für eine Einrichtung betrachtet werden, mit der die beschriebene Polarisationsfolge erzeugt v/erden kann· Eine solche Einrichtung kann
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ein Mach-Zender-Interferometer aufweisen, wie es in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben ist.
Ein wichtiger Unterschied zwischen der Polarisationsfolge nach Fig. 4 und der, die durch einen konventionellen elektrooptischen Modulator erzeugt wird. (z. B. US-Patentschrift 3 257 894) liegt darin, daß bei der Folge nach Flg. 4 die linearen Phasen bei 103 und 107 unterschiedlich sind9 während bei der Folge, die durch den elektro-optischen Modulator erzeugt worden ist, die linearen Phasen die gleiche Vektor« fc richtung haben. Vergleiche beispielsweise die linearen Phasen 103 der Folge nach Flg. 5» wie sie von einem konventionellen elektro-optischen Modulator erzeugt wird. Die letztere Fo'.ge schreitet zyklisch durch fünf der in Fig. 4 dargestellten Zustände, wobei mit dem ersten Zustand 101 oder dem dritten Zustand 103 begonnen wird, je nachdem, ob zirkularer oder l.tnea« rer Dichroismus gemessen werden soll« Die Folge kehrt dann in umgekehrter Richtung durch die gleiche Folge zurück, statt daß sie durch die Zustande 106, 107 und 108 gemäß Fig. 4 läuft. Der erfindungsgemäße Fourier-Modulator läuft durch den vollständigen Zyklus und wiederholt dann bei Weiterlauf den Zyklus wieder in der ursprünglichen Folge.
P Es ist wichtig, daß ein deutlicher Unterschied gemacht wird zwischen Betrieb im infraroten und Betrieb im ultravioletten oder sichtbaren Bereich des Spektrums. Es ist bekannt, daß im Infraroten» wo die Messungen nicht durch die statistische Ankunft von Fotonen begrenzt werden9 sondern durch Rauschen, das im Detektor oder im mit diesem verwendeten Verstärker entsteht, oder durch das Strahlungsfeld verursacht wird, dem Detektor von allen Seiten ausgesetzt ist, so daß das Rauschen pro Einheit Frequenzbandbreite im wesentlichen unabhängig von der Lichtintensität ist, der Vorteil in durch
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Fourierspektroskopie erzielbaren Signal-Geräuschspannung-Abstand erheblich größer ist als wenn Messungen mit einem guten Fotovervielfacher gemacht werden. Im letzteren Falle entsteht das Rauschen prinzipiell durch die statistische Verteilung der Ankunft der Fotonen und steigt damit mit der Gesamtlichtintensität die auf. den Detektor fällt. Bei einer Fotozelle erhöht also jedes zugefügte Wellenlängenband, das Rauschen proportional zur Quadratwurzel des gesamten Fotonen flusses· Das wachsende Rauschen verschlechtert den Gewinn» der sich sonst im Signal-Geräuschspannungsabstand ergeben würde. Mit anderen Worten, Fourier-Dichroismus-Messungen können Vorteile im ultravioletten oder sichtbaren Bereich des Spektrums haben» diese Vorteile schließen jedoch nicht den sogenannten "FeHgett-Vorteil" ein, daß die Zeit zur gleichzeitigen Messung einer großen Anzahl von Bändern durch Fourierspektroskople etwa gleich der 1st, die zur Messung eines einzigen Bandes mit konventioneller Spektroskopie benötigt wird, wenn ein Monochromator dazu verwendet wird, das gewünschte Wellenlängenband zu isolieren und andere Bänder zu sperren·
In Kenntnis dieser Vorteile ist es besonders , das Hach-Zender-Interferometer zu verwenden, oder andere Formen von Folarisationsinterferometern, die die beschriebenen allgemeinen Vorteile haben, für die Infrarotmessung des Dichroismus zu verwenden.
Zusammengefaßt, eine Vorrichtung zur Messung des Dichroismus durch Fourierspektroskople kann allgemein gesprochen folgende Merkmale aufweisen:
a) Ein Abtast-Interf erometer, mit den ein linear polarisierter Strahl breitbandlger elektromagnetischer Strahlung aufgenommen und dessen Polarisationszustand moduliert werden kann, und mit dem getrennte, aber kohärente
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linear polarisierte Strahlen etwa gleicher Intensität erzeugt werden können, die orthogonale Polarisationsrichtungen haben, wobei einer der Strahlen progressiv phasenmäßig gegenüber dem anderen verzögert wird, wobei die Verzögerungsrate für unterschiedliche Wellenlängen innerhalb des Wellenlängenbandes der Strahlung unterschiedlich 1st; das Interferometer kombiniert die beiden Strahlen, wobei praktisch keine Amplitudenmodulation der kombinierten Strahlen auftritt, um diese anschließend durch eine Probe zu schicken, so daß sich eine Amplitudenmodulation der Intensität der kombinier» ten Strahlen ergibt, sofern die Probe Dichroismus bei Wellenlängen innerhalb des Bandes zeigt,
b) einen Detektor, der auf die Strahlen anspricht, die durch die Probe hindurchgelaufen sind, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das Frequenzkomponenten entsprechend den Wellenlängen aufweist, bei denen die Probe Dichroismus zeigt, und
c) eine Einrichtung, die auf das elektrische Signal anspricht, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die eine inverse Fouriertransformierte des elektrischen Signals darstellt, und die eine Einrichtung enthält, mit der die relative Verzögerung des einen Strahls gegenüber dem anderen festgelegt wird·
- Patentansprüche 109853/1309

Claims (1)

  1. ι*
    C4 P5 D
    Patentansprüche
    Vorrichtung zur Messung des Dichroismus, gekenneichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
    a) eine Quelle für elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen;
    b) eine Interferometer einrichtung, mit der die Quellenstrahlung so verarbeitet wird, daß ein Strahl entsteht, der, für jede Wellenlänge, durch Elliptizität gekennzeichnet ist, die zwischen linksdrehender und rechtsdrehender Zirkularpolarisation alterniert, wobei die Strahlpolarisation zwischen den Endzuständen linear in einer Richtung wird, wenn die Elliptizität von linksdrehender nach rechtsdrehender Zirkularpolarisation wechselt, und linear in einer anderen Richtung, wenn sich die Elliptizität von rechtsdrehender nach linksdrehender Zirkularpolarisation ändert, wobei die charakteristische Frequenz N0 dieser Änderung
    el
    sich in Abhängigkeit von der !.'ellenlange ändert!
    c) ein Probenraum ist so angeordnet, daß der elliptisch polarisierte Strahl durch eine dichroitische Probe in diesem Raum hindurchläuft, dio die unterschiedlich polarisierte Strahlung bei einem charakteristischen Satz Wellenlängen unterschiedlich absorbiert, und
    d) ein Strahllntensitätsdetektor 1st Im Weg des Strahls vom Probenraum angeordnet und dadurch gekennzeichnet,
    109853/1309
    daß seine Signalausgangsspannung sich mit der Frequenz Na ändert, wenn die Probe sich in dem Raum befindet, wobei die Ausgangsspannung zur Verarbeitung zur Erzeugung von Dichrolsmusspektren geeignet Ist, die sich mit der Wellenlänge ändern«
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe in dem Raum angeordnet ist.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß eine Vorrichtung vorgesehen ist» mit der die
    ψ Detektorausgangsspannung zur Erzeugung des Dichroismusspektrums verarbeitet werden kann·
    4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet» daß die Verarbeitungsvorrichtung eine Digitaldarstellung aufweist» die so angeschlossen ist» daß sie eine Version der Detektorausgangsspannung aufnimmt und in Digitalwerte umwandelt»
    und eine Einrichtung, die betrieblich mit der Digitaldarstellung verbunden ist» um Daten abzuleiten» die dlchroitische Spektren in Abhängigkeit von der Wellenlänge darstellen.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 1» dadurch gekennzelchnet, daß ein Strahlenteller so angeordnet ist, daß Komponenten des Lichtes von der Quelle in zwei Strahlen durchgelassen bzw. reflektiert werden, die beide von relativ zueinander bewegbaren Reflektoren reflektiert werden, und eine Betätigungseinrichtung, mit der die Relativbewegung zur Eontrolle der Frequenzen SL bewirkt wird·
    CL
    6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet» daß ein Linearpolarisator im Strahl zwischen der Quelle und dem Strahlenteiler vorgesehen ist«
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    7» Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daS die Betätigungseinrichtung betrieblich alt eine« der Reflektoren verbunden ist, der Licht vom Strahlen-» teller erhält.
    6· Vorrichtung nach Anspruch 79 dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator, der Strahlenteiler und die Reflektoren so angeordnet sind, daß die Lichtpolarisationsvektoren in einem dreidimensionalen orthogonalen System mit den Achsen X9 T und Z orientiert sind, und daß der Polarisationsvektor des in Richtung einer der Achsen vom Polarisator zum Strahlenteller und durch den Strahlenteller zu einem Reflektor laufenden Lichtes in Richtung der zweiten Achse orientiert 1st, der Polarisationsvektor des Lichtes, das nach der Reflektion von dem einen Reflektor zum Strahlenteiler zurückkehrt. In Richtung der dritten Achse orientiert ist, und der Polarisationsvektor des Lichtes, das vom Strahlenteiler in Richtung der zweiten Achse reflektiert wird und zum anderen Reflektor und von diesem zurück läuft, in Richtung der ersten Achse orientiert ist.
    9. Vorrichtung zur Messung des Dichroismus einer Probo, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmales
    a) eine einrichtung, mit der ein Strahl elektromagnetischer Strahlung erzeugt wird, der nacheinander durch die folgenden Zustände mit einer tfechselfrequenz H läuft, dl« sich mit der Wellenlänge der Strahlung ändert:
    1. zlrkular In einer Drehrichtung polarisiert
    2. elliptisch polarisiert
    3. linear In einer Richtung polarisiert 4· elliptisch polarisiert
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    5· zlrkular in entgegengesetzter Drehrichtung polarisiert.
    6« elliptisch polarisiert
    7. linear polarisiert in einer anderen Richtung und unter einem Winkel zu der ersten Linearpolari· satlonsrlchtung
    6· elliptisch polarisiert
    b) der Strahl weist bei Jeder der Frequenzen N wenig oder keine Intensitätsmodulation auf t
    c) ein Probenraum ist so angeordnet» daß d&r Strahl durah W eine dichroitisch* Probe in dem Raum hindurchlaufen muß, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie die polarisierte Strahluno einer charakteristischen Wellenlänge unterschiedlich absorbiert, und
    d) es 1st eine Verarbeitungeeinrichtung vorgesehen» die einen Detektor aufweist, der im Weg des Strahls vom Probenraum angeordnet 1st und dadurch gekennzeichnet ist, daß seine Signalausgangespannung sich mit der Frequenz ändert, wenn die Probe sich in dem Raum befindet, und die diese Ausgangsspannung so verarbeitet, daß ein dlchroltisehes Spektrum gebildet wird, das sieh mit der Wellenlänge ändert·
    10. Vorrichtung nach Anspruch 9« dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlerzeugungeeinrichtung ein Polarisationsinterferoaeter aufweist, das einen bewegbaren Strahlreflektor aufweist·
    11« Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorausgangsspannung eine Xnterf erogrammfunktion F (NQ) definiert und die Verarbeitungeeinrichtung einen Rechner aufweist, mit dem daraus ein chroiemusspektrum ATj^r (h) abgeleitet werden kann
    109853/1309 ^0 original
    12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η ^ zeichnet, daß der Rechner ferner dazu geeignet int, ein Pourierspektroskopie-Transmissionsspektrua T (A) für gewöhnliche Absorption bilden kann» und A T1^ (^S) durch T dividieren kann, um ein ungefähres Dichroismusspektrum (Λ) zu bilden.
    13· Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e k e η u -seichneti daß der Rechner das Spektrum dadurch det, daß effektiv die Operation
    F (N.) ■ · M (V) du
    durchgeführt wird, wobei H (/^) eine sinusförmige Funktion von Ngt ist« und die Verarbeitungseinrichtung Kittel aufweist, die Werte der sinusförmigen Funktion N&t als Funktion der Verschiebung der relativ bewegbaren Reflektoren erzeugt.
    14. Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch g e k e η η «· zeichnet » daß die Funktionserzeugungseinrichtung eine Vorrichtung aufweist» mit der Hilfsstrahlungs-Strahlen in das Interferometer gegeben werden» um dort verarbeitet zu werden* so daß meßbare Säume entstehen» die als Funktion der Relativ« bewegung der Reflektoren moduliert werden.
    15« Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzelch·» net» daß die Polarisationsrichtungen der durch das Inter» f eroneter rekombinierten Strahlen orthogonal sind.
    16. Vorrichtung nach Anspruch dadurch cekennzeichn e t , dad die Polarisationsrichtung des durch den Strahlenteiler hindurchtretenden Lichtes bei Rückkehr zum Strahlenteiler ungeändert ist, während die Polarisationsrichtung des vom
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    Strahlenteiler reflektierten Lichtes um 90° gedreht ist, wenn es zum Strahlenteiler zurückkommt«
    1?· Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daQ die Polarisationsrichtung des vom Strahlenteiler reflektierten Lichtes bei Rückkehr zum Strahlenteiler ungeändert ist, während die Polarisationsrichtung des vom Strahlenteiler durchgelassenen Lichtes bei Rückkehr zum Strahlenteiler um 90° gedreht ist*
    18. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch g e k e η η ζ e i ok ·■ net, daß die Verarbeitungseinrichtung eine Darstellung für zirkulären Dichroismus aufweist«
    19· Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeiclinet» daß die Verarbeitungseinrichtung eine Darstellung für den linearen Dichroismus aufweist.
    20« Vorrichtung zur Messung des Dichroismus durch Fourierspektroskopie * gekennzeichnet durch ein abtastendes Interferometer, mit dem ein linear polarisierter Strahl breitbendiger elektromagnetischer Strahlung aufgenommen und dessen Polarisationszustand moduliert wird, und mit dem getrennte» aber kohärente linear polarisierte Strahlen etwa gleicher Intensität erzeugt werden können, die nach der Rekombination orthogonale Polarisationsrichtungen aufweisen, wobei einer aw Strahlen phasenmäßig gegenüber dem anderen progressiv verzögert vird, wobei die Verzögerungsrate für unterschiedliche Wellenlängen innerhalb des Wellenlängenbandes der Strahlung unterschiedlich 1st, und wobei das Interferometer die Strahlen, praktisch ohne Amplitudenmodulation der kombinierten Strahlen, zua anschließenden Durchtritt durch eine Probe kombiniert» se daß eine Amplitudenmodulation der Intensität der kombinierten Strahlen erfolgt, nur wenn
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    Probe Dichroismus bei Wellenlängen innerhalb des Bandes zeigt· einen Detektor« der auf die durch die Probe hindurchgetretenen Strahlen anspricht, un elektrische Signale zu erzeugen» die Frequenzkomponenten entsprechend. Wellenlängen aufweisen» bei denen die Probe Dichroismus zeigt » und Einrichtungen» die auf dieses elektrische Signal ansprechen, um ein Ausgangssignal zu erzeugen« das eine inverse Fouriertransf ormierte des elektrischen Signals repräsentiert» und die eine Einrichtung aufweist» mit der die relative Verzögerung des einen Strahls gegenüber dem anderen benimmt werden kann.
    21. Vorrichtung nach Anspruch 2O1 dadurch gekennzeich« net» daß die Vorrichtung zur Bestimmung der relativen Verzögerung aus einer Einrichtung besteht» mit der ein erster optischer Hilfsstrahl erzeugt wird» der durch das Interferometer hindurchläuft und auf einen Hilfsdetektor fällt» um ein Signal zu erzeugen» das den Punkt nullter Ordnung der Interferometer· abtastung identifiziert» und eine Einrichtung» mit der ein zweiter optischer Hilfsstrahl erzeugt wird» der durch das Interferometer hindurchläuft und auf einen Hilfsdetektor fällt» um ein Signal zu erzeugen» das ein genaues Maß für die Differenz der optischen Wege der beiden kohärenten Strahlen ist.
    22« Vorrichtung nach Anspruch 20» gekennzeichnet durch eine Einrichtung» mit der die inverse Fouriertransformierte des Absorptioneinterferogramms gebildet wird» das von der Probe geliefert wird» und einer Einrichtung» mit der das Ausgangssignal durch diese umgekehrte Fouriertransformierte des Absorptionsinterferogramms von der Probe dividiert wird.
    23· Vorrichtung nach Anspruch 20» gekennzeichnet durch elektrische Filtereinrichtungen» mit denen die Frequenzkomponenten isoliert werden» und eine Ausgangseinrichtung» mit der die Amplituden der Frequenzkomponenten registriert werden·
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    24 β Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch g e k e η η ~ zeichnet, daß das Interferometer aus eiaem Macfe-Zender-Interferometer besteht, das eine geralsafc?.i;fi· Anzahl von Reflektoren in einem Arm und eine unge-?ädzahL«''.r Anzahl von Reflektoren im anderen Arm aufweist.
    BAD-
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    Leerseite
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