Спектрометр скользящего падения с фокусировкой по Роуланду Советский патент 1986 года по МПК G01J3/18 

Изобретение относится к области оптического спектрального приборостроения.

Целью изобретения является увеличение светосилы, разрешающей способ- кости и расширение регистрируемого диапазона длин волн.

На чертеже изображена оптическая схема спектрометра,.

Спектрометр скользящего падения содержит источник 1 излучения, совмещенный с входной щелью, вогнутые дифракционные решетки 2 и 3, платформы 4 и 5, общую ось платформы 6, дополнительные оси 7 и 8, каретку 9, выходную щель 10, направляющие 11- 13, детекторы 14 и 15 излучения, предварительные усилители 16 и 17, основной усилитель 18, положение окружностей Роуланда, соответствукицих решеткам 2 и 3, отмечено цифрами 19,20

Углы дифракцш , а также расстояния 1 от вершины решеток до выходной щели одинаковы и постоянны, их выбирают в соответствии с услови- ями фокусировки Роуланда

г R sin Ч , 1 R sin У, где Ч- скользящий угол падения

лучей на дифракционную решетку; . . Ч - скользящий угйл дифракции , г - расстояние от источника до вершин дифракционных решеток, - расстояние от верши дифракционных решеток до вы ходной щели.

Спектрометр работает следующим образом.

Оптическая схема спектрометра включает источник излучения 1, вогнутые дифракционные решетки 2 и 3, выходную щель 10, детекторы излучения 14 и 15. В спектрометре обе вог- нутые дифракционные решетки 2 и 3 одновременно фокусируют на выходную щель 10 излучение одинаковой длины волны, в результате чего возрастает вдвое общий поток излучения, попадающий в выходную щель.

Сканирование по спектру осуществ- ляют посредством одновременного перемещения платформ 4 и 5 и каретки 9 с выходной щелью 10 относительно источника 1. При этом в любом из возможных положений платформ 4, 5 и ка- ретки 9 их общая ось 6 располагается на центральной прямолинейной направляющей 11, проходящей через источник

5 0

5

0

0 5

5

0

5

а дополнительное оси 7, 8 - на боковых направляющих 12 и 13, также проходящих через источник 1 и образующих с центральной направляющей 11 одинаковые углы, равные углу дифракции.

Механизм сканирования работает следующим образом.

Вращением ходового винта перемещают каретку 9 с осью 6 и щелью 10 вдоль направляющей 11, одновременно перемещая и разворачивая вокруг оси 6 платформы 4 и 5 дифракционными решетками 2 и 3 Дополнительные оси платформ 7 и 8 движутся при этом вдоль направляющих 12 и 13 соответственное Одновременно происходит разворот решеток с изменением углов падения первичных пучков на решетки, что при неизменном угле дифракции и неизменном расстоянии от центров решеток до центра щели приводит к изменению длины волны у , на которую настроен спектрометр согласно уровнению

Cos Ч - Cos Ч m //8, где 6 - постоянная дифракционной решетки; m - порядок дифракции. В любом из возможных положений механизма сканирования (на чертеже показаны два таких положения) выполняются строго условия фокусировки Роуланда, т.е. источник 1, оси решеток 7 и 8 и ось щели 10 находится на фокальных окружностях Роуланда 19 и 20 соответственно, радиусы которых равны половине радиуса кривизны решеток R.

За щелью 10 на платформах 4 и 5 установлены детекторы излучения 14 и 15. В непосредственной близости от детекторов на платформах 4 и 5 установлены предварительные усилители 16 и 17, с выхода которых импульсы .поступают на вход основного усилителя 18 и далее - в счетно-регист- рирующее устройство спектрометра

Спектрометр дает возможность при использовании двух идентичных решеток увеличить вдвое телесный угол сбора излучения из источника и, как следствие, увеличить вдвое интенсивности спектральных линий, регистрируемых детекторами без ухудшения их контрастности, снизить в vf раз порог обнаружения элем(С-итов при спектральном анализе, увеличить разрешающую способность по длинам волн, благодаря возможности работы с более узкими щелями

При использовании в.спектрометре скользящего падения решеток-эшелет- тов с разными углами блеска эффективно регистрируемый интервал длин волн может быть увеличен почти в четьфе раза, поскольку область наиболее эффективного отражения эшелетта занимает интервал длин волн от 0,7jV до 2 А , где А - длина волны, со- {ответствующая точному выполнению условий блеска. Выбирая коротковолновую границу эффективного отражения для

223050

второго эшелетта равной длинноволновой границе отражения для первого, т,е. полагая 2 А,. 0,7, ,гдеХ,- длина волны, соответствующая услови- 5 ям блеска для второго эшеллета,

получаем, что длинноволновая граница области эффективного отрал;ения в спектрометре с двумя решетками-эше- леттами становится равной 4 X /0,7 и 10 5,7Х , т.е. общий интервал эффективного отражения возрастает примерно вчетверо.

го

3 в