Спектроанализатор оптического излучения Советский патент 1984 года по МПК G01J3/18 

Изобретение относится к спектраль ному приборостроению и может быть использовано для спектрального анашиза оптического излучения, для передачи и воспроизведения двумерных оптических изображений спектральным методом в фототелеграфии и телевидении. Известны спектроанализаторы с дву мерной разверткой спектра, например спектрограф СТЭ-1, используюнщеся в тех случаях, когда требуется получит спектр с высокой дисперсией в широком диапазоне длин волн за одну эксп зицию, а также для передачи двумерных оптических изображений по одноволоконной оптической линии связи спектральным методом. Двумерная спек ральная развертка в этих приборах осуществляется с помощью метода скре щенной дисперсии с использованием двух диспергирующих элементов . Однако при этом необходимо, чтобы один из них (дифракционная решетка) использовался в высоких порядках спектра, которые разделяются с помощью второго диспергирующего элемента. В связи с работой в высоких порядках спектра к точности изготовления дифракционной решетки преда ляются повышенные требования из-за большой интенсивности духов Роуланда. При увеличении числа строк при двумерной развертке спектра необходимо переходить к более высоким порядкам спектра, что еще больше усложняет технологию изготовления рещетки, Спектроанализаторы этого типа дают двумерный спектр с неравномерным расположением строк в кадр что приводит к нерациональному испол зованию площади фотоматериала, а в случае использования для разделения порядков спектральной призмы - к ус ложнению фотометрирования cnejKTpoграмм, поскольку в этом случае стро двумерного спектра искривлены. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является спектроанализатор оптического излучения, содержащий входную щель, дис пергирующую систему и автокрллимаци вое устройство С 21. Недостатком известного устройства является сложность регистрагщи инфор мации в щироком спектральном интерв ле и неодновременность развертки сп ра,поскольку из-за большой угловой ширины спектра на его краях велико влияние искажений, вносимых оптической частью прибора. Поэтому фотографирование его должно производиться по частям. Получение на спектрограмме двумерного спектра с помощью этого спектрографа возможно только путем последовательного во времени фотографирования различных участков спектра на фотоматериале, который после каждой экспозиции перемещается перпендикулярно плоскости дисперсии прибора. Указанные недостатки снижают объем информации, регистрируемой известным спектроанализатором в единицу времени, и могут быть устранены путем одновременного преобразования одномерной развертки спектра в двумерную. Цел{ изобретения - упрощение регистрации информации в широком спектральном интервале путем получения одновременной двумерной развертки спектра. Указанная цель достигается тем, что в спектрографе, содержащем оптически связанные входную щель, диспергирующую систему и автоколлимационное устройство, последнее выполнено в виде зеркально-линзового отражате- ля,, представляющего собой линзовьй объектив и систему их двух плоских зеркал, и оптического растра из прямоугольных уголковых отражателей, ребра которых расположены в фокальной поверхности линзового объектива перпендикулярно плоскости дисперсии, причем щель ограничена по высоте в соответствии с числом элементов растра. Замена автоколлимациод ного зеркала растром из уголковых отражателей позволяет разбить весь широкий исследуемый спектр на достаточно малые участки, а затем разместить их один под другим в виде двумерного кадра. Это позволяет упростить регистрацию информации в широком спектральном интервале, поскольку получение одновременной двумерной спектральной развертки дает возможность получить информацию обо всем спектре за одну экспозицию, На фиг. 1 изображена оптическая схема спектроанализатора оптического излучения; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (взаимное расположение исследуемого источника, т.е. входной щели и его двумерного спектра); на фиг. 3 и 4 - зеркально-линзовый отражатель в двух проекциях, частичный вьфез; на фиг. 5 - узел I на фиг. А, поясняющий ход лучей. Спектроанализатор оптического излучения содержит входную,щель 1 (источник), объектив 2, диспергирующую систему 3 и зеркальнр-линзовьй отражатель 4. Двумерный спектр 5 источника 1 располагается в фокальной плоскости объектива 2 ниже источ ника 1 и образуется из отдельных строчек 6 и 7, которые с плоскостью диспергии D прибора состаааяют угол of . Зеркально-линзовый отражатель 4 содержит объектив 8 и зеркальную систему 9, состоящую из двух плоских зеркал 10 и 11, образующих угловое зеркало с углом между гранями, равными 6 , и из оптического растра 12, образованного из прямоугольных уголковых отражателей, 13. Нормаль к зеркалу 1Q расположена в сагиттальной :. плоскости спектроанапизатора (плоскости, перпендикулярной плоскости дисперсии диспергирующей системы), нормаль к зеркалу 11 образует с сагиттальной плоскостью небольшой, порядка 2-5 , угол В, а поверхность, в которой лежат ребра уголковых отражателей 13 растра 12 расположена перпендикулярно сагиттальной и меридиональной (плоскости дисперсии) плоскостям. Число строк двумерного спектра равно числу уголковых отражателей, образующих растр, а величи на смещения двумерного спектра в пер пендикулярном (меридиональной плоскости) направлении определяется вели чиной двугранного угла 6 , образованного зеркалами 10 и 11. Спектроа;нализатор оптического излучения работает следующим образом Свет от источника 1 .коллимируется ии-ьективом 2, проходит диспергирующую систему 3, отражается зеркальнолинзовым отражателем 4 и вторично проходит в обратном направлении диспергирующую систему 3 и объектив который в фокал-ьной плоскости строит изображение двумерного спектра 5 источника 1. При этом двумерный спек 5 располагается ниже источника 1. Пространственное разделение прложеНИИ источника 1 и спектра 5 и преобр зование одномерного спектра,«которьй образуется при прямом ходе света через диспергирующую систему, в двумер ный, осуществляется эеркально-линзо101 вым отражателем 4 следующим образом. Спектр 14 отражается зеркаЛом 10 на растр 12, при этом действительное изображение спектра 15 л.ежит на поверхности, образованной ребрами уголковых отражателей 13. Растр 12 в сагиттальной плоскости действует как обычное плоское зеркало, а в меридиональной - как уголковый отражатель, т.е. отражает лучи по тому же направлению, по которому идут падающие. В силу того, что спектр проецируется на элементы растра, последние разбивают спектр на участки, которые образуют на выходе спектроанализатора строки 6 и 7 двумерного кадра 5. При отражении от элемента 13 вьделенный участок спектра 15 оборачивается относительно точки О, лежащей на ребре уголкового отражателя, на 180, т.е. положение точки О спектра в спектральной плоскости выходного объектива 8 остается неизменным, а точки О и Ъ, расположенные симметрично относительно точки О, меняются местами. Аналогичная картина наблвдается у каждого элемента растра 12. Растр 12 отражает свет на зеркало 11, Kotopoe направляет его обратно на/объектив 8. После отражения от последнего по ходу лучей зеркала 11 положение спектра, преобразованного развертывающим Зстройством, определяется позицией 16, указанной на фиг. 2. Преобразованный спектр представляет собой расположенный в фокальной плоскости объектива 8 линейный спектр, состоящий из.отдельных участков, вьделенных элементами 13 растра 12 и симметрично обернутых относительно своих це1нтральных точек О, причем линейный спектр 16 образует с меридиональной плоскостью небольщой угол ot 2Scos6. После отражения от зеркально-линзового отражателя 4 свет проходцу спектроанализатор в обратном направлении, анализируется диспергирующей системой 3 и фокусируется в двумерный спектр 5 объективом 2. Ввиду того, что положение точек О спектра 15 остается почти неизменным в фокальной плоскости объектива 8, при обратном ходе дисперсии диспергирующей системы 3 для свеТа с длинами волн, представляющими эти точки спектра, вычитается в положение hx на вькодной плоскости спектроанализатора характеризуется одной и той же координатой.

СПЕКТРОАНАЛИЗАТОР ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий оптически связанные входную щель, диспергирующую систему и автоколлимационное устройство, отличающийся тем, что, с целью упрощения регистрации информации в широком спектральном интервале путем одновременной двумерной развертки спектра, автоколлимационное устройство выполнено в виде зеркально-линзового отражателя, представляющего собой линзовый объектив и систе из двух плоских зеркал, к оптического растра из прямоугольных уголковых отражателей, ребра которых расположены в фокальной поверхности линзового объектива перпендикулярно плоскости дисперсии между плоскими зеркалами, оптически связанными с растром, причем щель ограничена по высоте в соответствии с числом элементов растра.