DE2060409A1

DE2060409A1 - Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Messung der Depolarisierungsverhaeltnisse von Raman-Banden

Info

Publication number: DE2060409A1
Application number: DE19702060409
Authority: DE
Inventors: Mamoru Irizuki; Hajime Mori
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1969-12-08
Filing date: 1970-12-08
Publication date: 1971-06-16
Also published as: FR2072238A5; US3697180A

Description

Patentanwalt Dipl.-Phys.Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr.21-22 Tel.298462

B 4036

MHON DENSHI KABUSHIKI KAISHA 1418 Nakagami AMshima, Tokyo / JAPAN

Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Messung der Depolarisierungsverhältnisse, von Raman-Banden.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Bestimmung der Depolarisierungsverhältnisse von Raman-Banden. sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Kenntnis der Depolarisierungsverhältnisse von Raman-Banden hat sich als sehr zweckmäßig für die Zuordnung der einzelnen Banden erwiesen. Das Depolarisierungsverhältnis ρ ( λ) ist hierbei durch folgenden Ausdruck definiert:

49₃₆ 109825/1870

Dr.D/Br.

wobei R_v (λ) die Intensität der von einer Probe ausgehenden Raman-Streuung darstellt, die erhalten wird, wenn man die Probe mit einem Strahlenbündel beleuchtet, das senkrecht zu einer Ebene polarisiert ist und Rj₁ ( λ) die Intensität der Raman-Streuung bedeutet, welche von der Probe erhalten wird, wenn man diese mit einem Strahlenbündel beleuchtet, das parallel zu dieser Ebene polarisiert ist.

Bei der bisherigen Feststellung der Depolarisierungsverhältnisse wurde das Raman-Spektrum erst betrachtet, indem man die Probe mit einem einfallenden Strahlenbündel beleuchtete, welches parallel zu einer Ebene polarisiert war, und indem man anschließend eine zweite Beobachtung durchführte, indem man die Probe mit einem Strahlenbündel beleuchtete, dessen Licht senkrecht zu dieser Ebene polarisiert war. Die Depolarisierungsverhältnisse werden anschließend berechnet, indem man die Intensitäten gleicher Linien der beiden Spektren miteinander vergleicht. Dieses Verfahren ist äußerst mühs elig und beinhaltet zusätzliche Fehlerquellen, welche von den Licht Schwankungen des einfallenden Strahlenbündels und von dem jeweiligen Betrachter abhängen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eint Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Messung der Deplarisierungsverhältnisse von Raman-Banden in Vorschlag zu bringen, durch welche die Depolarisierungsverhältnisse genau und rasch festgestellt werden können.

Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß zwei Strahlenbündel gebildet werden, von denen das eine parallel, das andere senkrecht zu einer Bezugsebene polarisiert ist, mit denen alternierend eine Probe beleuchtet wird, daß die resultierende Raman-Streuung ihrer Wellen-

4936 109825/1870

länge nach aufgespalten wird, die den einzelnen Wellenlängen entsprechende Raman-Strahlung in elektrische Signale umgeformt wird und aus diesen Signalen das Verhältnis ρ ( λ) von den elektrischen Signalen, die von den beiden unterschiedlich polarisierten Lichtstrahlen herstammen, gebildet wird, wobei das Verhältnis durch die Beziehung ρ (λ ) = gegeben ist, in der R_n ( λ) und R_v( λ) die Intensitäten der beiden Raman-Strahlen entsprechen, welche von den unterschiedlich polarisierten Strahlenbündeln erzeugt werden, und daß anschließend der erhaltene Wert aufgezeichnet wird.

Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Probe alternierend von zwei Lichtstrahlenbündeln beleuchtet, von denen die eine parallel zu einer Ebene und die andere senkrecht zu dieser polarisiert ist. Hierdurch erhält man zwei Strahlenbündel der Raman-Streuung, welche diesen beiden einfallenden Strahlenbündeln entsprechen. Die beiden Strahlenbündel der Raman-Streuung werden anschließend alternierend einem Monochromator zugeführt, der diese ihrer Wellenlänge nach aufspaltet. Anschließend werden diese der Wellenlänge nach aufgespaltenen Strahlenbündel einem Detektor wie beispielsweise einem Photomultiplier zugeführt. Es werden somit von dem Detektor zwei elektrische Signale erhalten, die auf den beiden verschieden polarisierten einfallenden Strahlenbündeln beruhen. Diese Signale werden anschließend verstärkt, wobei das Depolarisierungsverhältnis von einem Divisionsschaltkreis gebildet wird. Dieses Verhältnis wird anschließend von einer Registriereinrichtung aufgezeichnet. Dieses Verfahren wird kontinuierlich wiederholt, so daß xlas Verhältnis von jedem Paar von Signalen kontinuierlich und automatisch auf dem Registriergerät aufgezeichnet wird.

4936 109825/1870

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Depolarisierungsverhältnisse durch einen einzigen Abtastvorgang des Monochromators gebildet, wodurch auch die Meßzeit erheblich verkürzt wird. Da die Probe alternierend beleuchtet ist, werden die Raman-Spektren auch unter gleichen Bedingungen gemessen, so daß auch eine exakte Messung des Depolarisierungsverhältnisses sichergestellt ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von speziellen Ausführungsformen anhand der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher der Lichtweg zwischen der Lichtquelle und der Probe in zwei Strahlengänge aufgeteilt wird;

Fig. 2 eine Sektorenscheibe,welche bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 3 einen Zerhacker, welcher in der Anordnung gemäß Fig. Verwendung findet;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;,

Fig. 5 eine Sektorenscheibe, wie sie bei der Vorrichtung gemäß Fig. 4 Verwendung findet;

Fig. β Wellenformen, wie sie durch die verschiedenen elektrischen Anordnungen erzeugt werden, welche in der Anordnung gemäß Fig. 4 enthalten sind;

4936 109825/1870

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform von einer Vorrichtung zur Erhaltung zweier einfallender Lichtstrahlen;

Fig. 8 eine Sektorenscheibe, wie sie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 Verwendung findet;

Fig. 9 eine weitere Ausführungeform der vorliegenden Erfindung, bei welcher eine Sektorenscheibe in den optischen Weg zwischen die Probe und den Monochromator eingebracht ist;

Fig. 10 die in der Anordnung gemäß Fig. 9 verwendete Sektorenscheibe und

Fig. 11 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Bei der in Figur 1 dargestellten Anordnung wird von einem Laser ein kohärentes Lichtstrahlenbündel erzeugt, das parallel zu einer Ebene polarisiert ist. Der optische Weg dieses kohärenten Lichtstrahlenbündels wird von einer Sektorenscheibe 2 geändert. Die Sektorenscheibe 2 besteht, wie aus Figur 2 ersichtlich, aus fächerförmigen Reflektoren. Die Sektorenscheibe 2 ist auf einer Welle 3 befestigt, welche von einem Motor 4 angetrieben wird. Auf der Welle sind ferner ein Zerhacker 5 und ein Ritzel 6 angebracht. Das Ritzel 6 steht in Eingriff mit einem weiteren Ritzel 7, das auf einer Welle 8 befestigt ist, welche eine zweite Sektorenecheibe 9 trägt, die identisch zu der Sektorenecheibe 2 ausgebildet ist. Die Drehung der Sektorenecheibe 9 verläuft daher synchron zu der Drehung der Sektorenecheibe 2.

'"!; ^4Μβ 109825/1870

Das von der ersten Sektorenscheibe 2 abgelenkte Licht wird von einem Spiegel 10 reflektiert, so daß es einen Strahlenverlauf einnimmt, wie er in Figur 1 als Weg "B" bezeichnet ist. Das Licht wird senkrecht zu der Ebene durch ein Halbwellenlängenplättchen polarisiert. Anschließend wird es an einem Spiegel 12 und an der zweiten Sektorenscheibe 9 reflektiert, so daß es längs des Lichtweges "C'Verläuft.

Das von dem Laser 1 kommende Licht, das nicht von der Sektorenscheibe 2 reflektiert wird, d.h. das die Bereiche durchläuft, an denen keiner der Flügel der Sektorenblende angeordnet ist, bildet den Lichtweg "A" der in den Lichtweg "C"mündet, da die Sektorenscheibe 9 synchron zu der Sektorenscheibe 2 umläuft. Hierdurch entstehen zwei Lichtstrahlen, von denen der eine parallel zu der Ebene und der andere senkrecht zur Ebene polarisiert ist, welche die Probe 13 alternierend beleuchten. Durch diese Beleuchtung wird die Probe angeregt, was zur Bildung einer Raman-Streuung führt. Die von der Probe ausgehende Raman-Strahlung wird anschließend einem Monochromator 14 zugeführt, wo sie wellenlängenmäßig aufgespalten wird. Die den einzelnen Wellenlängen entsprechenden Strahlenbündel der Raman-Strahlung werden anschließend in elektrische Signale von einem Photo multiplier 15 umgewandelt und/einem Verstärker 16 verstärkt. Die verstärkten Signale werden anschließend Torschaltungen 17 und 18 zugeführt. Gleichzeitig wird das von einer Lichtquelle 19 kommende Strahlenbündel von einem Phototransistor empfangen und den Torschaltungen über eine Wellenformerschaltung 21 als Torimpulse zugeführt.

Der in Figur 3 dargestellte Zerhacker 5 befindet sich zwischen der Lichtquelle 19 und dem Phototransistor 20, wobei er derart synchronisiert ist, daß von ihm Licht durchgelassen wird, wenn die Probe

⁴⁹³⁶ 109825/1870

von dem einfallenden Lichtstrahl, der parallel zur Ebene polarisiert ist, beleuchtet wird. Umgekehrt wird der Strahlengang zwischen dem Phototransistor 20 und der Lichtquelle 19 unterbrochen, wenn senkrecht zu ihr polarisiertes Licht atf die Probe 13 fällt. Hierdurch wird die Torschaltung 17 geöffnet ,wenn die Probe von einem parallel zur Ebene polarisierten Licht beleuchtet wird, wodurch Signale, die von Raman-Strahlung herrühren, welche von dem parallel polarisierten einfallenden Licht erzeugt wird, durch diese Torschaltung auf ein Filter 22 gelangen können, wo sie geglättet werden.

In entsprechender Weise erfolgt eine öffnung der Torschaltung 18 wenn die Probe von senkrecht zur Ebene polarisiertem Licht beleuchtet wird. Hierdurch können diejenigen Signale, welche auf der Raman-Streuung beruhen, die von senkrecht zur Ebene polarisiert auf die Probe einfallendem Licht erzeugt wird, durch diese Torschaltung auf ein Filter 23 gelangen, wo sie ihrerseits geglättet werden. Die Ausgangssginale der Filter 22 und 23 werden anschließend einer Divisionsschaltung 24 zugeführt, in der der Quotient der Ausgangssignale von dem Filter 23 und der Ausgangssignale von dem Filter 22 gebildet wird. Die erhaltenen Quotienten, welche die Dipolarisierungsverhältnisse wiedergeben, werden anschließend von einem Registriergerät 25 aufgezeichnet.

Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher das gleiche optische System, wie es anhand von Figur 1 beschrieben wurde, Verwendung findet, um zwei senkrecht zueinander polarisierte Lichtstrahlen zu erzeugen. In diesem Falle finden jedoch andere Sektorenscheiben 30 und 31 Verwendung, die in Figur 5 dargestellt sind. Die Abschnitte 32 der Sektorenscheiben bestehen beispielsweise aus fächerförmigen Spiegeln, während die Abschnitte 33

4936 109825/1870

das von dem Laser 1 austretende Licht absorbieren. Figur 6A zeigt die zeitliche Verteilung der auf die Probe 13 gelangenden Signale. Während der Periode t_h gelangt parallel zur Ebene polarisiertes Licht auf die Probe 13, während während der Periode t senkrecht zur Ebene polarisiertes Licht auf die Probe gelangt. Während der Periode t„ gelangt gar kein Licht auf die Probe. Wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform erfolgt eine Dispersion der Raman-gestreuten Strahlung, wodurch diese gemäß ihrer Wllenlänge aufgespalten wird. Dies geschieht mittels eines Monochromators 34. Die den einzelnen Wellenlängen entsprechenden Strahlen der Raman-Streuung werden anschließend in Signalimpulse umgeformt, welche Frequenzen aufweisen die proportional zur Intensität der Strahlen sind. Dies erfolgt mittels eines Photomultipliers 35. Die so erzeugten impulsförmigen Signale werden anschließend durch Vor- und Hauptverstärker 36 und 37 verstärkt. Ein Rauschen mit kleinen Amplituden, wie beispielsweise der Dunkelstrom, wird auf diesen impulsförmigen Signalen durch einen Diskriminator 38 ausgefiltert. Die Ausgangssignale des Diskriminators 38 gelangen anschließend an eine Torschaltung 39, der ebenfalls Torimpulse zugeführt werden. Die Torimpulse werden von dem Licht der Lampe 19 erzeugt. Während der Periode t_n und der anschließenden t_c wird das Licht der Lampe von einem Phototransistor 20 empfangen und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Während der Periode t und der anschließenden Periode t wird der Strahlengang zwischen der Lampe 19 und dem Phototransistor 20 von dem Zerhacker 5 unterbrochen. Die von dem Phototransistor 20 erhaltenen Signale werden von einem Wechselstromverstärker 40 verstärkt und von einer* Schmitt-Trigger 41 zu einer Wellenform umgewandelt. Die Ausgangssignale des Schmitt-Triggers 41 werden anschließend einer Schaltung 42 zugeführt, welche Torimpulse erzeugt, in denen die Phasen und Niveaus der Signale geregelt werden. Die impulsförmigen Signale gelangen von dort zu der

4936 109825/1870

Torschaltung 39, welche während der Periode t und der folgenden Periode t geöffnet ist. Die Intensität der die Torschaltung durchlaufenden Raman-Signale wird von einem Photonenzähler 43 gemessen, während das Raman-Spektrum selbst von einem Zweikanalschreiber 44 aufgezeichnet wird.

Der Diskriminator 38 liefert neben den Ausgangsimpulsen für die Torschaltung 39 weitere Impulse zu einem monostabilen Multivibrator 45. Sobald sie in dem monostabilen Multivibrator 45 sind, erfahren die Eingangsimpulse eine Wellenformung zu Impulsen, welche ähnlich zu den in Fig. 6M dargestellten Impulsen sind, bei denen W die Impulsbreite und E die Impulshöhe darstellt. Die Wellenform der Ausgangssignale des monostabilen Multivibrators ist in Fig. 6B dargestellt. Die Intensitäten R>_h (λ ) und R'_y (λ), insbesondere die Ausgangsimpulsfrequenzen des monostabilen Multivibrators während der Perioden t und t lassen sich durch folgende Ausdrücke darstellen:

R'h (λ) = R_n (λ) + R_n - (2)

R'v (λ) = Ry (λ) + R_n — (3) ,

wobei R die Intensität des aufgrund des Dunkelstromes oder thermif chen Rauschens erhaltenen Signales ist.

Die impulsförmigen Ausgangssignale des monostabilen Multivibrators werden einer Impulsregelungsschaltung 46 zugeführt, in welcher die Impulsbreiten und Impulshöhen geregelt : werden. Anschließend werden die Impulse einem Filter 47 zugeführt und geglättet. Die Spannung E. des geglätteten Signales läßt sich durch folgenden Aufdruck wiedergeben:

E₁ «f «W'E — — (4),

4M« 109825/1870

wobei f die Frequenz der Impulse ist.

Mit den Formeln 2, 3 und 4 erhält man für die Spannungen E₀, E_Q und E₁ der geglätteten Signale während der Perioden t,, t

ο 1 u V

und t die folgenden Ausdrücke:

E₂ = R^(K) -W-E —- (5)

E₃ = RV (λ) -W-E (6)

E₄ = R_n-W-E -- (7).

Die Wellenformen der Ausgangssignale des Filters sind in Figur 6C dargestellt.

Die genannten Auegangssignale werden von einem Wechselstromverstärker 48 verstärkt, wo die Gleichstromkomponente Ede durch einen Kopplungskondensator entfernt wird, so daß Spannungen E₅, Eg und E^, wie aus Figur 6D ersichtlich, entstehen. Diese Spannungen lassen sich algebraisch durch die folgenden Gleichungen darstel-

^len: E₅ = A(E₂ - Ede) = A-R'h (λ) -W-E - A-Edc (8)

E₆ = A(E3 - Ede) = A-R'v (λ) -W*E - A-Ede (9) E₇ = A(E₄ - Ede) = A-R_n-W-E - A-Edc (10),

wobei A der Verstärkungsgrad des Wechselstromverstärkers 48 ist.

Nach der Entfernung der Gleichstromkomponenten werden die Ausgangssignale des Verstärkers Torschaltungen 50 und 51 zugeführt, an welche Torimpulse angelegt sind, welche von der Wellenformerschaltung 42 geliefert sind. Die t^ und die folgenden t_fi -Signale durchlaufen die Torschaltung 50. Figur 6Ezeigt die Wellenform der Ausgangssignale von der Torschaltung 50. Die Ausgangssignale der genannten Torschaltung werden einem Synchronisterungsgleichrichter 52 zugeführt, an welchen ein Synchronisierungssginal, welches die

⁴⁹³⁶ 109825/1870

doppelte Frequenz des Ausgangssignales des Schmitt-Triggers 41 aufweist, von einer Schaltung 53 zugeführt wird. (Vergleiche hierzu Fig. 6K und 6L). In dem Synchronisierungsgleichrichter 52 werden die Signale t. und t , sobald sie dort angelangt sind, gleichgerichtet,

Il C

so daß sie entsprechende positive und negative Signale gemäß den von der Schaltung 53 einkommenden Synehronisierungsdgnalen bilden. Fig. 6F zeigt das Ausgangssignal des Synchronisierungsverstärkers 52, während Fig. 6G das gleichgerichtete Ausgangssignal nach der Glättung durch ein Filter 54 zeigt. Die Ausgangsspannung Es läßt sich durch den folgenden Ausdruck wiedergeben: m

E₈ = -Jp- ^E₅ - E₇J

₌ —1 fA-R'n (λ) -W-E - A-Edc-A R_ß-WE+A'Edcj

-R_n)]

= J A-W-E-R_n (λ ) (11)

Wenn andererseits die Komponenten I₉ und t im Ausgangssignal des Wechselstromverstärkers 48 durch die Torschaltung 51 gelangen, erhält man Ausgangssignale, welche in Fig. 6H dargestellt sind, die anschließend einem Synchronisierungsgleichrichter 55 zugeführt werden. M

Die Synchronisierungssignale gemäß Fig. 6L werden von der Schaltung 43 ebenfalls diesem Synchronisierungsgleichrichter zugeführt. Dies führt dazu, daß die t und t_c -Eingangssignale gleichgerichtet werden um entsprechende positive und negative Signale zu bilden. Figur 61 zeigt das Ausgangesignal des Synchronisierungsgleichrichters 55, während Figur 6J die gleichgerichteten Ausgangssignale nach einer Glättung durch ein Filter 56 zeigen. Die Ausgangsspannung Eg dieses Filters läßt sich durch folgenden Ausdruck wiedergeben:

4938 109825/1870

— (

^E9 ■ 4— (^E6 - ^E7

4 A-W-E-Rv(X) (12)

Das Depolarisationsverhältnis ρ ( λ) läßt sich durch die folgende Beziehung wiedergeben:

_ft (χ) - g U)

A-W-E-Eg

Eg

i A-W-E-E₈ (16)

Hält man E₈ bei einer konstanten Spannung K, so läßt sich ρ (λ) durch die folgende Gleichung wiedergeben:

P U) =

K _t (17).

Eg ist somit dem Depolarisierungsverhältnis P (λ) direkt proportional.

Eine Vergleichsschaltung 57 wird zur Konstanthaltung der Spannung E₈ verwendet. Dies bedeutet, daß das Signal, welches von dem Filter 54 kommt, der Vergleichsschaltung 57 zugeführt und dort mit einer Vergleichsspannung verglichen wird.

4936

109825/1870

Die resultierende Differenzspannung wird anschließend der Impulsregelschaltung 46 zurückgeführt, so daß Impulsbreite und Impulshöhe der die Impulsregelschaltung durchlaufenden Impulse derart geregelt werden, daß eine konstante Filterausgangsspannung aufrechterhalten wird. Dies führt dazu, daß die Ausgangsspannung des Filters 56 mit derselben Geschwindigkeit wie die Ausgangsspannung des Filters 54 von der Impulsregelschaltung 46 geregelt werden, und daß man , eine dem Depolarisationsverhältnis proportionale Spannung automatisch von dem Filter 56 erhält. Das Ausgangssignal des Filters 56 wird dem Zweikanalschreiber 44 über einen Gleichstromverstärker 58 zugeführt. Die Depolarisationsverhältnisse werden dort gemäß der vom Monochromator abgetasteten Wellenlänge aufgezeichnet.

In der oben genannten Ausführungsform wurde die Differenzspannung der Impulsregelschaltung 46 zurückgeführt, um damit eine Regelung der Filterausgangsspannungeix zu erhalten. Es ist jedoch auch möglich, die Differenzspannungen dem Wechselstromverstärker 48 zurückzuführen und den Verstärkungsgrad A des Verstärkers zu regeln, damit man die Ausgangsspannung des Filters 54 konstant hält.

Figur 7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform zur Erhaltung zweier einfallender, parallel und senkrecht zu der Ebene polarisierender Lichtstrahlen. Bei dieser Anordnung wird eine Sektorenscheibe 60, die auf einer von einem Motor 62 angetriebenen Welle 61 angebracht ist, zwischen den Laser 1 und die Probe 13 eingebracht. Der Abschnitt 63 der Sektorenscheibe 60 enthält eine Halbwellenlängenplattchen ( λ/ 2 Plättchen). Die Abschnitte 64 der Sektorenscheibe 60 dienen zur Unterbrechung dee Lichtes. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß das parallel zur Ebene polarisierte Licht von einem Teil der Sektorenscheibe 60 durchgelassen wird, während dae Licht, welches

4938 109825/1870

den Abschnitt 63 durchläuft, senkrecht zur Ebene durch das λ /2-Plättchen polarisiert wird. Die Probe 13 wird daher alternierend von zwei Lichtstrahlenbündeln beleuchtet, die einmal parallel und einmal senkrecht zur Ebene polarisiert sind.

Man kann die Depolarisationsverhältnisse durch zwei Haman-gestreute Lichtstrahlen messen, von denen der eine parallel zur Ebene und der andere senkrecht zur Ebene polarisiert ist, indem man die Probe mit zirkular-polarisiertem Licht beleuchtet. Eine derartige

Anordnung ist in Figur 9 dargestellt. Von einem Laser 1 wird Licht erzeugt, das durch eine Viertelwellenlängenplatte 70 ( λ / 4 Plättchen) geleitet und damit zirkulär polarisiert wird. Dieses polarisierte Licht beleuchtet die Probe 13, wodurch eine Raman-Streuung entsteht* Diese entstehende Raman-Strahlung wird einem in der Abbildung nicht gezeigten Monochromator über die in Figur 10 gezeigte Sektorenscheibe zugeführt, welche auf einer Welle 72 eines Motors 73 befestigt ist. In Figur 10 stellen die Abschnitte 74 und 75 Polarisatoren dar, in denen die sie durchsetzende Raman-Strahlung einmal parallel und einmal senkrecht zur Ebene polarisiert wird. Die Abschnitte 76 bewirken eine Unterbrechung des Lichtes. Die beiden Raman-Strahlungen geraten daher alternierend auf den Monochromator. Die Depolarisierungs· Verhältnisse werden von den elektrischen Vorrichtungen gemessen, wie sie weiter oben anhand der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind. Der Torimpuls wird hierbei von einem Zerhacker 77 erzeugt, der fest an dem Rand der Sektorenscheibe 71 befestigt ist und daher gemeinsam und gleichmäßig mit dieser umläuft, sowie durch eine Lichtquelle 78 und einem Phototransistor 79.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Figur 11 dargestellt. Bei dieser Anordnung werden zwei Lichtstrahlen,

4936 109825/1870

von denen der eine parallel, der andere senkrecht zur Ebene polarisiert ist, durch das in Figur 1 gezeigte optische System erzeugt. Diese senkrecht zueinander polarisierten Strahlen beleuchten alternierend die Probe 13. Die von der Probe 13 ausgehende Raman-Streuung wird anschließend auf den Monochromator 14 gerichtet, der sie wellenlängenmäßig zerlegt. Die dispergierte Raman-Strahlung wird anschließend in elektrische Signale durch den Photomultiplier 15 umgeformt. Diese Signale werden anschließend von dem Verstärker 16 weiterverstärkt. Die verstärkten Signale werden anschließend einem Synchronisierungsgleichrichter 81 zugeführt, an welchen von einer Schaltung 82 zur Erzeugung eines Synchronisierungssignales ein Synchronisierungssignal angelegt ist. Man erhält auf diese Weise das Differenzsignal der Intensitäten der beiden Raman-Strahlenbündel, die von den beiden senkrecht zueinander polarisierten Lichtstrahlen erzeugt werden. Das Differenzsignal wird einem Motor über einen Verstärker 84 zugeführt. Der Motor 83 bewegt eine Abschwächungsvorrichtung 85 in den optischen Weg zwischen den beiden Spiegeln 10 und 12, so daß die Intensität des parallelen polarisierten Lichtstrahlenbündels abgeschwächt wird. Wenn das Differenzsignal 0 wird, erhält man das Depolarisierungsverhältnis der beiden Raman-Strahlen durch folgende Ausdrucke

R_h U) K = R_V (λ)

K - ^Rv U)
R()

wobei K der Schwächungskoeffizient des einfallenden, parallel zur Ebene polarisierten Lichtstrahlenbündels darstellt. Wenn daher das Differenzsignal 0 wird, ist der Schwächungskoeffizient K gleich dem Depolarisierungsverhältnis ρ (λ). Der genannte Koeffizient bzw. das Depolarisierungsverhältnis wird von einem Registriergerät 86

⁴⁹³⁶ 109825/1870

2060AÜ9

aufgezeichnet, das mit dem Motor 83 derart verbunden ist, daß die Bewegung der Abschwächungsvorrichtung 85 aufgezeichnet wird.

4938 109825/1870

Claims

lü^yu·

Patentansprüche

Verfahren zur automatischen Bestimmung der Depolarisier ungsverhältnisse von Raman-Banden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Strahlenbündel gebildet werden, von denen das eine parallel das andere senkrecht zu einer Bezugsebene polarisiert ist, mit denen alternierend eine Probe beleuchtet wird, daß die resultierende Raman-Streuung ihrer Wellenlänge nach aufgespalten wird, die den einzelnen Wellenlängen entsprechende Raman-Strahlung in elektrische Signale umgeformt wird und aus diesen Signalen das Verhältnis ρ (λ) von den elektrischen Signalen die von den beiden unterschiedlich polarisierten Lichtstrahlen herstammen, gebildet wird, wobei das Verhält-

R (X)
nis durch die Beziehung ρ ( λ) = gegeben ist, in der R,(X) und R (λ) die Intensitäten der beiden Raman-Strahlen entsprechen, welche von den unterschiedlich polarisierten Strahlenbündeln erzeugt werden, und daß anschließend der erhaltene Wert aufgezeichnet wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen vorhanden sind, durch welche von einer Lichtquelle zwei Strahlenbündel erzeugt werden, von denen das eine parallel das andere senkrecht zur Ebene polarisiert ist, wobei diese Vorrichtungen in dem optischen Weg zwischen der Lichtquelle und einer Probe angeordnet sind und derart wirken, daß die Probe alternierend von einem der beiden Lichtbündel beleuchtet wird, daß ein Monochromator angebracht ist, welcher das gestreute Raman-Licht seiner Wellenlänge nach zerlegt, sowie eine Vorrichtung, welche die Strahlenbündel der Ramanstrahlung in elektrische Signale

109825/1870 4936

umformt, und daß eine Rechenschaltung vorgesehen ist, welche das Verhältnis ρ ( λ) zwischen den erhaltenen und den unterschiedlich polarisierten Lichtbündeln entsprechenden Signalen bildet, sowie eine in Schaltung mit dieser Rechenvorrichtung befindliche Registriereinrichtung zur Aufzeichnung dieses Verhältnisses.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erhaltung der beiden einfallenden Lichtstrahlenbündel aus zwei drehbaren Reflektoren besteht, welche zwischen der Lichtquelle und der Probe derart angeordnet sind, daß zwei optische Wege für die beiden Strahlenbündel entstehen, wobei das eine parallel zur Ebene und das andere senkrecht zu dieser polarisiert wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Bildung der beiden einfallenden Strahlenbündel aus einer drehbaren Sektorenscheibe besteht, welche zwischen der Lichtquelle und der Probe angeordnet ist, wobei ein Abschnitt der Sek-

längen torenscheibe in Form eines Halbwellenplättchens (λ /2 Plättchen) ausgebildet ist.
5. Verfahren zur automatischen Messung der Depolarisierungsverhältnisse von Ramanbanden, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe mit zirkular-polarisiertem Licht beleuchtet wird, daß von der hierdurch aus einer Probe erhaltenen Raman-Streuung Strahlenbündel gebildet werden, von denen das eine parallel, das andere senkrecht zur Ebene polarisiert ist, daß diese unterschiedlich polarisierten Strahlenbündel alternierend ihrer Wellenlänge nach aufgesplaten werden, daß die den einzelnen Wellenlängen entsprechenden Raman-Strahlenbündel in elektrische Signale umgeformt werden, daß das Verhältnis ρ (λ ) dieser elektrischen Signale, welche den unterschiedlich

₄₉₃₆ 109825/1870

polarisierten Raman-StrahlenbOndeln entsprechen, gebildet wird, wo-

P (λ V bei dieses Verhältnis der Beziehung ρ (λ) = entspricht,

in der P_n (λ) und P_v (λ) die Intensitäten der parallel und senkrecht zur Ebene polarisierten Raman-Streuungsstrahlenbündel entsprechen, und daß dieses Verhältnis aufgezeichnet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung des Depolarisierungsverhältnisses durch Bildung einer Differenzspannung erfolgt, indem die Signalspannung, welche von der durch eine Beleuchtung mit parallel zur Ebene polarisiertem Licht erzeugten Raman-Streuung herrührt, mit einer Vergleichsspannung verglichen wird, die so erhaltene Differenz spannung einer Schaltung zur Regelung der beiden elektrischen Signale, welche auf den beiden einfallenden Strahlenbündeln beruhen, zurückgeführt wird und indem die Signalspannung, welche auf dem parallel zur Ebene polarisierten einfallenden Licht beruht, konstant gehalten wird.
7. Vorrichtung zur automatischen Messung des Depolarisierungsverhätlnisses von Raman-Banden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung vorhanden ist, welche von dem von einer Lichtquelle ausgehenden Licht zwei einfallende Strahlenbündel bildet, von denen das eine parallel, das andere senkrecht zur Ebene polarisiert ist, wobei diese Vorrichtungen im optischen Weg zwischen der Lichtquelle und einer Probe angeordnet sind und derart ausgebildet sind, daß die Probe alternierend von den beiden Lichtstrahlenbündeln beleuchtet

wird, daß ein Monochromator vorgesehen ist, der die hierdurch an der Probe erzeugte Raman-Streuung ihrer Wellenlänge nach unterteilt, sowie eine Vorrichtung, welche die den einzelnen Wellenlängen entsprechenden Strahlenbündel der Raman-Streuung in elektrische Signale umwandelt, daß eine weitere Vorrichtung angebracht ist, welche ein Differenzsignal der beiden elektrischen Signale bildet, welche den

₄₉₃₆ 109825/1870

unterschiedlich polarisierten, einfallenden Strahlenbündeln entsprechen, daß eine Abs chwächungsvor richtung für die Intensität des einfallenden parallel zur Ebene polarisierten Strahlenbündels vorgesehen ist, welches eine Abschwächung desselben, entsprechend dem gebildeten Differenzsignal, vornimmt, föie Intensitäten der beiden von der Probe ausgehenden Strahlenbündel der Raman-Streuung konstant werden, und daß eine Registriervorrichtung vorgesehen ist, welche den Schwächungskoeffizienten des einfallenden, parallel zur Ebene polarisierten Strahlenbündels aufzeichnet.

109825/1870