Спектральный прибор Советский патент 1983 года по МПК G01J3/12 

2.Прибор по п.1, о т л и ч а ю 1Д и и с я тем, что, с целью постоянства кривизны лин-ий по спектру, между коллиматорным объективом и согласующим отражателем и между фокусирующим объективом и вторым согласующим отражателем установлены плоские зеркала,

3.Прибор по п. 2, о т л и ч а ю - щ и и с я тем, что один из указанных отражателей выполнен в виде двойного зеркала.

4. Прибор по П.1, отличаю щ и и с я тем, что он снабжен мениском и положительной линзой, установленными за входной или перед выходной диафрагмами.

1. СПЕКТРАЛЬНЫЙ ПРИБОР, содержащий оптически связанные входную диафрагму со щелями, два коллиматорных сферических зеркальных объектива, две плоские дифракционные решетки, два фокусирующих зеркальных объектива, два согласующих отражателя, промежуточную и выходную диафрагмы со щелями, отличаЪщ и й- с я тем, что, с целью повышения качества изображения путем устранения комы -и астигматизма, дифракционные решетки установлены в плоскостях, отстоящих на двойное фокусное расстояние от соответствующих коллима.торных и фокусирующих объективов, а согласующие отражатели установлены на оптической оси прибора, который дополнительно снабжен двумя плоскими отражателями установленными на оптический оси, один из которых установлен за входной диафрагмой между первым коллиматорным объективом и первой дио фракционной решеткой, а второй перед выходной диафрагмой между второй дифракционной решеткой и вторым фокусирующим объективом. С 00 оо

Изобретение относится к техниче кой, физике и может быть использова при создании светосильных монохром торов и спектрометров высокого раз шения. Известны светосильные спектроме ры с плоскими дифракционными решет ками, в которых входная и выходная диафрагмы выполнены в виде одно-ил двумерного набора щелей, расположе ных случайным или регулярным образом, например в соответствии с каким-либо кодом fl 3 и 1.23. .Недостатком указанных приборов, построенных по схемам Литтрова или Эберта-Фасти, например растровых или матричных спектром€;тров, являются низкое качество изображения и высокий уровень мешающего излу- чения, Наиболее близким к предлагаемому является спектральный прибор, содер жащий оптически связанные входную диафрагму со щелями, два коллиматор ных сферических зеркальных объектив две плоские дифракционные решетки, два фокусирующих сферических зеркальных объектива, два согласующих отражателя, промежуточную и выходную диафрагмы со щелями Сз1, Известный спектральный прибор представляет собой двойной монохроматор, образованный двумя последова тельно установленными одиночными монохроматорами, выполненными по Схеме Литтрова, поэтому функции кол лиматорного И фокусирующего объективов в каждом из них выполняет одно сферическое зеркало; входнеш, промежуточная и выходная диафрагмы выполнены в виде набора из двух прямых щелей, а согласующие отражатели смещены относительно оптиче ской оси. Многощелевой спектральный прибор прототип, как и другие- известные многощелевые спектрометры, не обеспечивает высокого качества изображения, поскольку кома и астигматизм каждого одиночного монохроматора по схеме Лнттрова ничем не компенсируется и, следовательно, являются аддитивными. Кроме того, в известном приборе не обеспечивается постоянство кривизны спектральных линий по спектру в процессе сканирования, что прийодит к падению реальной разрешающей силы и потерям выделяемого потока излучения, т.е. к ухудшению характеристик, имеющих Особое значение для многощелевых спектральных приборов. Цель изобретения - повышение качества изображения спектра при постоянной кривизне спектральных линий по спектру во все рабочем спектральном интервале прибора путем устранения комы и астигматизма. Поставленная цель достигается тем, что в спектральном приборе, содержащем оптически связанные входную диафрагму со щелями, два коллиматорных сферических зеркальных объектива, две плоские дифракционные решетки, два фокусирующих зеркальных объектива, два согласующих отражателя, промежуточную и выходную диафрагмы со щелями, дифракционные решетки установлены в плоскостях, Отстоящих на двойное фокусное расстояние от соответствующих коллимагорных и фокусирующих объективов, а согласующие отражатели установлены на оптической оси прибора, который дополнительно снабжен двумя плоскими отражателями, установленными на оптической оси, один из которых, установлен за входной диафрагмой между первым коллиматорным объективом и первой дифракционной решеткой, а второй - перед выходной -диафрагмой между второй дифракционной решеткой и вторым фокусирую|Дим объективом. Меноду коллиматорНЕлм объективом и согласующим отражателем и между фокусирующим объективом и вторым согласующим отражателем установлены плоские зеркала.

Причем один из указанных отражателей может быть выполнен в виде двойного зеркала.:

Спектральный прибор может быть снабжен мениском и положительной линзой, установленными за входной или перед выходной диафрагмами.

На чертеже приведена схема, состоящая из двух последовательно расположенных аналогичных оптических систем.

В каждой системе имеется входная диафрагма 1 или 2 {для -второй оптической системы функцию входной диафрагмы выполняет промежуточная диафрагма прибора), плоская дифракционная решетка 31 и 32, два сферических, зеркальных объектива: колл.иматорный 4.1 и .4.2 и фокусирующий 5.1 и 5.2, два согласующих .отражателя, выполненные в виде двух плоск зеркал 6.1 и 6.2, установленных на оптической оси прибора, плоские зеркала 7.1 и 7.2 и выходная диафрагма 2 и 8 (для первой оптической системы функцию выходной диафрагмй выполняет промежуточная диафрагма) и плоский отражатель 9.1 и 9.2,

В первой оптической системе плоский отражатель 9.1 установлен за входной диафрагмой 1 на отрезке оптической оси прибора между первым коллиматорным объективом 4.1 и первой дифракционной решеткой 3.1 под острым углом, например 45, к оптической оси. Рабочая поверхность отражателя 9.1 обращена к объективу 4.1. Во второй системе плоский отражатель 9.2 установлен перед выходной диафрагмой 8 на отрезке оптической оси прибора между второй дифракционной решеткой 3.2 и вторым фокусирующим объективом 5.2. Рабочая поверхность отражателя 9.2 обращена к объективу 5.2. Кроме того, вторая система может быть снабжена мениском 10 и положительной (желательно плосковыпуклой) линзой 11, установленными между плоским отражателем 9.2 и выходной диафрагмой 8

Если позволяют конструктивные соображения, все объективы 4.1, 4.2 5.1 и 5.2 целесообразно выполнить с одинаковым фокусным расстоянием f Дифракционные решетки 3.1 и 3.2 имеют идентичные характеристики и расположены друг под другом в одной плоскости, отстоящей на двойном фокусном расстоянии от соответствующи объективов 4.1, 4.2 и 5.1,5.2, т.е. 0, Од

Входная 1 и выходная 8 диафрагмы выполнены в виде одинаковых наборов щелей. В простейшем случае каждый набор состоит из единственной щели. Однако для увеличения полезного ПОТОКЯ м-а пч/иоиио

через спектральный прибор, рекомендуется выполнить прибор многощелевым. Например, число щелей в каждом наборе может быть равным 2;4 и т.д. причем все щели расположены в один ряд. В этом случае спектральный прибор, как и прототип, представляет собой многощелевой двойной монохроматор, в котором каждая оптическая система соответствует одиночному монохроматору. -Возможно также выполнение диафрагм 1 и 8 и в виде матрицы щелей с построчно-хаотическим или регулярным расположением щелей, например в соответствии с матрицами Адамара, В отличие от прототипа, все щели входной и выходной диафрагм выполнены криволинейными с радиусом кривизны R

tg ((1

R f

где « и р - соответственно углы падения и дифракции решеток 3.1 и 3.2. Например, при f 500 мм и оС - fb бО мм. Промежуточная диафрагма 2 в данном случае может быть выполнена в виде окна с размерами, соответствующими размерам диафрагм 1 и 8. При этом обе дифракционные решетки могут быть выполнены на общей подложке, т.е. представлятьсобой верхнюю и нижнюю части одной решетки. При использовании в качестве . двойного монохроматора прибор работает следующим образом.

Излучение поступает в первый монохроматор через входную дийфрагму 1 отражается пер1вым плоским отражателем 9.1, коллимируется сферическим зеркальным объективом 4.1, разлагается в спектр первой дифракционной решеткой 3.1, отражается от плоского зеркала 6.1, фокусируется сферическим зеркальным объективом 5.1 в плоскости промежуточной диафрагмы 2 (после отражения от плоского зеркала 7.1). Монохроматизированное излучение, для которого угол падения равен , а угол дифракции Р, проходит через промежуточную диафрагму 2 во второй одиночный монохроматор, направляется плоским зеркалом 7.2 на второй коллиматорный объектив 4.2 параллельным пучком падает на плоское зеркало 6.2,- вторично разлагается в спектр второй дифракционной решеткой 3.2, затем вторым фокусирующим объективом 5.2 направляется на второй плоский отражатель 9.2, а от него - на выходную диафрагму 8. Через выходную диафрагму проходит только поток с длиной волны, для которой выполняется условие

tg(-«rJi) Л. .