Физический энциклопедический словарь - детектирование света(демодуляция света)

(10¹³—10¹⁵ Гц) с целью выявления закона модуляции интенсивности поля, его частоты или фазы (см. Модуляция света). Д. с. основано на нелинейной (чаще всего квадратичной) зависимости фототока приёмника (фотоэлемента) от напряжённости Е электрич. поля световой волны. Вопрос о возможности Д. с. впервые возник в связи с исследованием дублетов в тонкой структуре ат. спектров. Любая модуляция (амплитудная, частотная, фазовая) световой волны ведёт к изменению спектр. состава первоначально монохроматич. излучения. И

наоборот, наличие дублетов в спектре можно рассматривать как результат модуляции. Поэтому демодуляц. анализ был применён для обнаружения дублетного расщепления. Схема соответствующего устройства приведена на рис. 1 и является оптич. аналогом радиоприёмника. Монохроматор, выделяющий исследуемый дублет, играет роль резонансного контура, а фотоэлемент — роль демодулятора.

Электрич. поле каждой линии дублета может быть представлено в виде

E(t)=A(t)cos[t-(t)], (1)

где А (t) и (t) — ф-ции, изменяющиеся со временем t медленно по сравнению с оптич. частотой  спектр. линии. Результирующее поле дублета с частотами 1 и 2 на фотоэлементе имеет вид:

Ток фотоэлемента, усреднённый за время, малое по сравнению с периодом биений =1/(1-2), но большее по сравнению с периодом T=1/, изменяется по закону:

Если А, , 1, и 2 не зависят от времени, то спектры Е(t) и Е²(t) имеют вид, изображённый на рис. 2. Спектр Е²(t) состоит из пост. составляющей (0=0 и разностной частоты =|1-2|. Т. к. каждая линия дублета имеет спектр, ширину , то реальные спектры Е(t) и E²(t) имеют вид, изображённый на рис. 3. Максимум в спектре E²(t) лежит вблизи разностной частоты  и имеет ширину порядка ширины компонентов дублета.

Для обнаружения дублетного расщепления посредством анализа спектра демодулиров. колебания необходим колебат. контур с добротностью Q=|1-2|/. При ~10⁹с^-1 даже

весьма плохой контур (с Q10) позволяет обнаружить дублетное расщепление |1-2|=10¹⁰c^-1. В то же время для обнаружения такого дублетного расщепления обычными оптич. спектр. приборами необходимо, чтобы они

имели разрешение R=1/10⁶ (110¹⁵ с^-1), что практически не достигается даже в лучших спектр. приборах. Демодуляц. анализ имеет особенно важное значение при анализе спектра излучения газовых лазеров, у к-рых значения  и |1-2| лежат в диапазоне 10⁴ с^-1 и |1-2|10⁶ с^-1.

Рис. 2. Спектры Е(t) и Е²(t) в случае не зависящих от времени A, , 1 и 2.

Рис. 3. Реальные спектры. Е (t) и E²(t) для дублета.

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

• Горелик Г. С. Колебания и волны, 2 изд., М., 1959; Белоусова И. М. [и др.], Исследование динамики движения ледников с помощью лазера, «Доклады АН СССР», 1971, т. 199, № 5.

О. Б. Данилов.