Устройство для исследования спектров рассеяния и люминесценции Советский патент 1988 года по МПК G01J3/12 

Изобретение относится к спектральному приборостроению и может быть использовано при разработке дисперсионных спектральных приборов для регистрации спектров излучения при оптическом возбуждении.

Цель изобретения - повышение точности спектральных измерений путем уменьшения уровня засвечивающего весь спектр мощного рассеянного монохроматического излучения.

На фиг,1 изображено устройство, выполненное по схеме с вычитанием дисперсии.

Устройство содержит два последовательно установленных полихромато- ра, содержащих входную щель 1, колли- маторный объектив 2, диспергирующий элемент-3 , выходной объектив 4, диафрагму 5 (с ловушками света для излучения с длиной волны Х На краях) , коллиматорный объектив 6j диспергирующий элемент 7, выходной объектив 8, выкодну}о диафрагму 9 с ловушками света.

Устройство работает следующим образом. Положим что излучение с длиной волны Хо распространяется вдоль оптической оси первого, полихро- м атора. На выходе оно попадает, в нижнюю световую ловушку диафрагмы 5. Выходная Диафрагма 5 первого полихрома- тора и выходная диафрагма 9 второго имеют возможность перемещения в плоскости дисперсии на величину порядка ширины диафрагмы для обеспечения возможности регистрации спектра по обе стороны от мешающей линии за две установки. Более длинноволновое излучение пройдет сквозь прозрачный участок диафрагмы 5 во второй поли- хроматор. Но за счет рассеяния излучения с длиной волны д на элементах оптической схемы первого полихромато- ра вся прозрачная часть диафрагмы 5 также засвечена этим излучением, хотя и значительно ослабленным.

Излучение с Л , прошедшего второй полихроматор, дает изображение в плос кости диафрагмы 9. Причем за счет вычитания линейных дисперсий спектр становится несколько короче, чем мог бы быть, и располагается над оптической осью длинноволновой частью вверх в то время как излучение Адр , засвечивавшее диафрагму 5, пройдя второй полихроматор, попадает в нижнюю ловушку диафрагмы 9.

5

0

5

0

5

0

Таким образом, излучение с длиной волны в двойном полихроматоре фильтруется дважды, но регистрируется лишь излучение с 9 Tv, . Перемещая диафрагму 5 и 9 в противоположные относительно оптической оси положения на ширину прозрачной их части уменьшается уровень засвечивающего весь спектр мощного рассеянного монохроматического излучения, регистрируется спектр слабых оптических сигналов .

Для получения схемы двойного поли- хроматора обязательным условием является различие величин линейных дисперсий обеих половин оптической схемы, при этом наиболее эффективное подавление монохроматической лазерной засветки промежуточного спектра может быть получено при условии вычитания дисперсий; при этом линей™ ная дисперсия второй половины схемы должна быть по абсолютному значению больше, чем дисперсия первой половины.

Сооношение длин фокусных отрезков fj 2f выбрано из соображений раьснства элементов разрешения в изображении спектра .на промежуточной диафрагме и на выходной, так как углов.ые дисперсии диспергирующих элементов в обеих половинах схемы взяты равными одинаковое число штрихов , одинаковые углы падения и диф ракции для средней по диапазону длины- волны и одинаковое угловое увеличение . В этом случае при ширине входной ш.ели полихроматора а спектральная ширина элемента, разрешаемого в промежуточном изображении при видимом увеличении обеих половин

0

5

vj vj

1 , является uTk, af х 5 uf, М( угловая дисперс

ия

ДЭ первой ПОЛОВИНЫ} равная D, второй половины.

Линейная дисперсия второй половины схемы (если бы она работала отдельно) Dg Вц, f 2Dcp f, , при совместной работе обеих половин при противоположных знаках линейных дисперсий величина суммарной линейной дисперсии Dgg- Dq,- f j, тогда спектральная ширина элемента разрешения в изображении спектра на выходе прибора остается равной & , . Аналогичный результат может быть получен и при равенстве фокусных отрез31

ков обеих половин схемы полихроматора, если угловая дисперсия ДЭ второй половины в два раза больше, чем в первой половине схемы.

Выполнение условия равенства спектральной ширины входной щели по- лихроматора и элемента разрешения в выходном спектре (а также и в промежуточном) позволяет при регистрации спектра, на выходе прибора набором щелей с геометрической шириной, равной геометрической ширине а входной щели, минимизировать полуширину аппаратного контура прибора для калэдого спектрального измерительного канала (аппаратная функция - треугольная).

На фиг.2 представлена конкретная схема вьтолнения устройстйа.

. Оптическая схема двойного поли- хроматора содержит два полихромато- ра в виде последовательно по ходу луча установленных входной щели , зеркального коллиматорного объектива 2, диспергирующего элeмeнfa 3 дифракционной решетки, зеркального выходного объектива 4, диафрагмы 5, зеркального коллиматорного объектива 6, диспергирующего элемента 7 в виде дифракционной .решетки, зепкаль- ного выходного объектива 8 и выходной дифрагмы 9. На вход прибора поступает мощное монохроматическое излучение, паразитно рассеянное в камере токамака, и излучение томсоновского рассеяния на электронах плазмЫ; несущее в своем спектре информацию о температуре Т и плотности п.. Это суммарное излучение поступает на кол- лиматорный объектив 2, затем парал- лельным пучком падает на дифракционную решетку 3. Дифракционное излучение в виде набора параллельных пучков поступает на выходной объектив 4 формирующий в своей фокальной плос- кости изображение спектра. Монохроматическое излучение с длиной волны Ti;, срезается краем промежуточной диафрагмы 5, расположенной Б фокальной плоскости объектива 4, Паразит- но рассеянное на элементах первой половины схемы излучение с длиной волны Ад оказьюается наложенным на спектр, что затрудняет регистрацию в фокальной плоскости объектива 4. В предлагаемой схеме .излучение, прошедшее через промежуточную диафрагму 5, поступает во вторую половину схемы, а именно на коллиматорньш объектив

88

6, затем параллельным пучком падает на дифракционную решетку 7, после которой поступает на объектив б формирующий новое изображение спектра в своей фокальной плоскости, в которой установлена промежуточная диафрама 9, спектральная ширина которой равна спектральной ширине д лфрагмы 5 Решетки 3 и 7 одинаковые,, работают при одинаковых по величине углах падения к дифракции, но фокусные от-о резки объективов б и 8 выбраны в два раза больше, чем фокусные отрезки объективов 2 и 4, т.е, f fg - 560 ,f,j 4 280 нм , так что линейная дисперсия Dg второй по- ловины полихроматора выбрана в два раза больше линейной Д15сперсии Т)а первой половины и противоположна по знаку. Суммарная дисперсия двойного полихроматора при видимом увеличении оптической схемы V V, 7,2 раН на Dg DJ

так что геометрпчесд5 O

п..

кие размеры в плоскости дисперснк диафрагм 5 и 9 одинаковы. Такая схема обеспечивает хорошую дифракцрло паразитно рассеянного монохроматическо- го излучения з первой половине схемы за счет простраистг е : юго разделе ::-; исследуемого спектр-г i ьюнохроматм ческой засветки Б Л: оскости устансв- ки вых одной диафраг и. 9 .

Таким образом, предлагаемсз устройство рлля ксследованкя спектров рассе- янкл и люминесценции лСеспечивает регистрацию параметров спектров гомсо- новского рассеяния при наличии мош,ной оптической помехи в виде монсзгромати™ ческого или узкополосного излучения, кроме того, такого рода устройство может быть использовано во всех случаях, ког да необход1гмо производить достаточно точные спектральные нзме рения при исследовании спектра рассеяния, люминесценции5 флюоресценции и т.п.

Формула и 3 о б р е т сч н и я

Устройство для исследования спектров рассеяния и люминесценции. содер жащее первый пол1-кроматор в виде последовательно по ходу луча установ- ленньпс входной щелн, коллиматорного объектива, диспергирующего элемента;. выходного объектива и выходной диафрагмы с ловушками света, о т л и чающееся тем, что, с целью повышения точности спектральных из8

Изобретение относится к области спектрального приборостроения и может быть испольэовано при исследовании спектров рассеяйия и люминесценции. Целью изобретения является повышение точности спектральных измерений за счет устранения паразитной засвет- ки от во збуждающего лазерного излучения. Для реализации цели используют схему двойного полихрома тора, Причем для устранения полной засветки от возбуждающего излучения во всем регистрируемом диапазоне дисперсию второго полихроматора устанавливают не менее чем в 2 раза больше дисперсии первого и противоположной по знаку . 2 ил .

ие. 1

9--IL