Устройство для измерения рассеянного света в спектрах дифракционных решеток Советский патент 1983 года по МПК G01J3/18 

(54t) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССЕЯННОГО СВЕТА В СПЕКТРАХ ДИФРАКЦИОННЫХ РЕШЕТОК .

Изобретение относится к технике / измерений спектральных характеристик дифракционных решеток.

Известно устройство для измерения интенсивности рассеянного света, вызванного ошибками деления, в котором непосредственно за выходной щелью монохроматора установлен дополнительный объектив, а в фокальной плоскости объектива перед фотоприемником - прямоугольная диафрагма, вырезающая в изображении рабочей поверхности решетки только центральную часть и экранирующая светящиеся краевые участки .13 .

Данное устройство ограничивает попадание света, рассеянного элёмен-. тами кожуха прибора,на фотоэлемент, поскольку на него спроектирована только поверхность исследуемой решетки и рассеянный свет может попасть от внутренних элементов кожуха на фотоприемник, только отразившись от поверхности решетки, а не непосредственно. Уменьшение интенсивности вторичных максимумов происходит в данном случае в результате исключения попадания на фотоприемник свечения от краевых зон решетки.

Недостаток устройства - сравнительно мсшая эффективность ограничения фона - помехи, переналагающегося с измеряемой составлякщей рассеянного света. В связи с тем, что ширина выходной щели сравнительно ма- ла, изображение решетки имеет отчетливо выраженный дифракционный характер, в результате этого значительная

10 часть С 5-10%) световой энергии от светящихся краев изображения решетки распространяется в виде вторичных дифракционных максимумов на центральную часть этого изображения и по15падает на фотоприёмник. Поэтому интенсивность вторичных максимумов уменьшается в 10-20 раз. Это ограничение недостаточно, поскольку интенсивность даже ослабленных вторичньис

20 максимумов может на несколько порядков превьлдать интенсивность из-меряемой составляющей рассеянного света,- что в .результате исключает возможность, измерений.

25

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для обнаружения спектральных линий поглощения или излучения на фоне сплошного спектра,; содержащее источник измерений, моно30хроматор, приемник излучения, а такжи модулятор с прямоугольной диафрагмой, устанавливаемой непосредстленио перед входной щелью или за выходной щелью с возможностью колебаний в направлении, перпендикулярн щелям. Колеблющаяся диафрагма переодически перекрывает световой поток попадающий на фотоприемник, вследст вие чего осуществляется амплитудная модуляция фотоэлектрических сигнало В результате модуляции можно сопоставить интенсивность спектральной линии и суммарной величины рассеянного света, включагацего составляющую, вызванную ошибками деления диф ракционной решет-ки, а также, фонпомеху. Это осуществляется путем дифференциального детектирования переменных фотоэлектрических сигналов 2 . Недостатком известного устройства является отсутствие возможности выделения из суммарного фона составляющей рассеянного света, вызван ной ошибками деления. Действительно, при периодическом перекрывании светового пучка, попадающего на фотоприемник, одинаковой модуляции подлежат составляющие рассеянного света как измеряемая, так и соответствующая вторичным дифракционным максимумам и отражению света от кожуха монохроматора. Поэтому разделить соответствующие компоненты переменного фотоэлектрического сигнала, по существу идентичные, не представ ляется возможным. Цель изобретения - повышение точ ности измерений путем измерения сос тавлякхцей рассеянного сБет, вызываемой сяпйбками деления решеток. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения рассеянного света в спектрах дифрак ционных решеток, содержащем монохро матор с входной и выходной щелями, источник излучения, установленный п ред входной щелью монохроматора, диф ракционную решетку, размещенную в монохроматоре, приемник излучения, находящийся после выходной щели монохроматора, а также модулятор с пря моугольной диафрагмой, установлен ный с возможностью колебаний в нап;равлении, перпендикулярном штрихам дифракционной решетки, модулятор с прямоугольной диафрагмой установлен непосредственно перед исследуемой Ьифракционной решеткой, при этом ши1рина диафрагмы равна полуширине дифракционной решетки. Амплитуда колебаний диафрагмы равна 0,25 ширины решетки. На фиг. 1 дана схема устройства для измерения рассеянного свега в спектрах дифракционных решеток на фиг. 2 приведена схема измерения интенсивности рассеянного света, образованного ошибками деления. Устройство содержит источник 1 из-, лучения, монохроматор 2, включаквдий в себя входную щель 3, объектив 4, исследуемую дифракционную решетку 5, выходную щель 6 и кожух 7. За выходной- щелью 6 установлен фотоприемник 8. Непосредственно перед исследуемой решеткой 5 расположен модулятор 9 с прямоугольной диафрагмой. Ширина прямоугольной диафрагмы равна полуширине исследуемой дифракционной решетки. Модулятор с прямоугольной диафрагмой установлен с возможностью колебательных перемещений от привода 10 с амплитудой равной 0,25 ширины исследуемой дифракционной решетки. На фиг. 2 приняты обозначения: спектральная линия 11/ фон-помеха 12, обусловленный вторичными дифракционными максимумами и светорассеянием от внутренних поверхностей кожуха 7 монохроматора 2/ составляющая рассеянного света 13, вызванная случ-айными ошибками исследуемой дифракционной решетки духи 14, образующие в совокупности рассеянный свет, вызванный ошибками деления. На фиг. 2 представлены духи, соот- , ветствуклдие двум любым последовательным (к и (к + 1)-й гармоникам в разложении функции случайных ошибок деления дифракционной решетки; результаты интерференции двух смежных духов 15 и 16 при различных положениях прямоугольной диафрагмы 9 и относительно исследуемой дифракционной решетки 5... , Предлагаемое устройство работает следуклцим образом. При освещении входной щели 3 излучением, от источника 1 монохроматора 2 с исследуемой дифракционной решеткой 5 образует в плоскости выходной щели 6 спектра..ьное изображение. Оно содержит спектральную линию II и суммарный фон, включанидий в себя фонпомеху 12, обусловленную вторичными дифракционными максимумами и отражением света от внутренних элементов кожуха 7 монохроматора, а также подлежащую измерению составлякиую рассеянного света 13, вызванную случайными ошибками деления исследуемой дифракционной решетки 5. Случайные ошибки деления вызывают деформации волнового фронта, образующего спектральное изображение.На решетке шириной 2А эти деформацииМО ГУ т быть представлены суммой гармонических компонент e(X)-Itvsin (.) (1)V-- . V / где 2. - амплитуда К-ой гармони ки - - пространственная циклическая частота следования ошибки по шири.не зрачка j Рц - период ошибки; . РК - фазовый угол, определяе Ь й расположением гармоники относительно зрачка. Каждой гармонике ошибки в спектре исследуемой дифракционной решетк соответствуют духи 14 - ложные ли нии, расположенные симметрично отно сительно спектральной линии на расстоянии, пропорциональном ft) . Если рассматривать две любые последовательные гармоники ошибки (к и К + 1 то им с каждой стороны спектральной линии соответствует пара духов, отстоящих один от другого на рассто янии нормальной ширины щели 5 2д (где Л - длина волны, f - фокус спектрального прибора. Было установлено, что фаза световых возмугеений духов, соответствующих К и (к + 1 -и гармоникам ошибки, также определяется углами соответственно Vic Интенсивность смежных ду хов примерно равны, духи частичн переналагаются и интерферируют. Поэ тому результирующая интенсивность рассеянного света, образованного переналагающимися духами зависит также и от разности фазовых углов . и Фц.-и (выражение 1)) в соответст вии с выражением . . ,5%ео5СЧ|с-Фк+), {г) -. ,-fKgk. 4 XticH , где Jcf-V-Y) - ин- . тенсивность К-го и |К + духов Поскольку разность фазовых углов последовательных гармоник (f,f)является случайной величиной для пары смежных духов, интенсивность рассеянного света от точки к точке изменяется в соответствии с выражением (2) по случайному закону. ПОЭТОМУ спектральный рассеянный свет образуе характерные линейчатые структуры, ин тенсивность которых может существенно меняться от одной точки спектраль ного изображения к другой. При перемещении прямоугольной диафрагмы, имеющей ширину А равную полуширине ранетки, относительно поверхности ре шетки в направлении ее ширины происходит изменение разности фазовых углов Чк. и (,. для двух любых смежны гармоник в разложении функции случайных ошибок деления следующим образом).,- -АГос) 21г:х з; - P|Co- (.)oгде Ч(„ и (f|,) - значения фазо вых углов для двух любых последовательных гармоник в исходном положении прямоугольной диафрагмы, когда какой-либо ее край совпадает с сответствующйм краем исследуемой дифакционной решетки. Из выражения (З) следует, что в лучае перемещения прямоугольной дифрагмы на расстояние х Л ( размах е колебаний равен полуширине решетки эазность фазовых углов .ff изеняется на ,, в соответствии с йтим интенсивность рассеянного света каждой точке спектрального изображения изменяется как результат переналожения и интерференции смежных духов. Согласно формуле (2) изменение интенсивности рассеянного света, вызванного ошибками деления, при модуляции равно его интенсивности o для каждой точки спектрального изображения. Поэтому сравнение фотоэлектрического сигнала, соответствующего измеряемой составляющей рассеянного света с сигналом от спектральной линии можно проводить без введения поправочных .коэффициентов. Использование предлагаемого устройства позволит получить достоверные сведения об относительной величине составляющей рассеянного света., вызванной ошибками деления вследствие того, что из результатов измерений исключены помехи, обусловленные рассеиванием света элементами внутренней поверхности кожуха спектрального прибора и вторичными дифракциой ными максимумами. Это, в свою очередь/ позволит проводить эффективный конт- роль изготовленных дифракционных решеток по рассеянному свету, их отбраковку и аттестацию, а также осуществлять диагностику и устранение технологических причин, ведущих к образованию случайных оишбок деления, исходя из уточненных кривых распределения интенсивности рассеян-ного света по различным зонамспектрального изображения. Формула изобретения Устройство для измерения paccteянного света в спектрах дифракционных решеток, содержащее монохроматор с входной и выходной щелями, источник излучения, установленный перед входной щелью монохроматора, дифракцион- ную решетку, размеденную в монохроматоре, приемник излучения, установленный после выходной щели монохроматора, и модулятор с прямоугольной диафрагмой, установленный с возможностью колебаний в направлений, перпендикулярном штрихам дифракцион ной решетки, отл. ичающееся тем, что, с целью повышения точноети измерений, модулятор с прямоугольной диафрагмой установлен непосредс венно перед дифракционной решеткой, при ЭТОМ ширина прямоугольной диафрагмы модулятора равна полуширине исследуемой дифракционной решетки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Стожарова К.А и др. Установка для измерения светорассеяния голографических дифракционных решеток. В сб. Новые разработки в области оптической голографии и их промышленное использование, Л., 1979, с. 60.

2. Авторское свидетельство СССР № 71763, Кл. GOI j 3/18, 1948.