Дифракционный монохроматор Советский патент 1990 года по МПК G01J3/18 

му

силы гк

На

Цель

спектра

Изобретение относится к оптическо- спектральному приборостроению.

изобретения - повышение свето- и расширение рабочего диапазона

без смены решетки, чертеже показана оптическая схе ма мс1нохроматора,

Монохроматор содержит входную 1 и выходную 2 щели, вогнутую дифракционную решетку 3 и механизм 4 сканирования.

Монохроматор работает следуюгщм образом.

Излучениеj вошедшее в Монохроматор через входную щель 1, падает на нутум дифракционную решетку 3. Дифрагированное излучение фокусируется дифракционной решеткой 3 на выходной рдели 2. Механизм 4 сканирования обеспечивает поворот дифракционной решетки вокруг оси О, проходяи;ей через ее вершину. Расстояния г и г от входной щели 1 и выходной щели 2 до дифракциCJ5

О 00

4

онной решетки относятся как- 1,15 1,55. При - :1,15 разрешение прибо- ра ух дшается за счет роста сагиттальной комы, при

1 ,55 - за счет ро-

|Ста меридиональной комы.

При расчете параметров схем моно- тсроматоров обычно минимизируются рас- фокусировка, меридиональная кома и астигматизм. Для достижения компенса- . ции расфокусировки в двух точках рабочего спектрального диапазона реша-- ется система уравнений

Э FZOO

200

- 0.

Для оптимизации меридиональной комы решается уравнение г-г 0. Парао А100 - 5

метр.г можно использовать как для компенсации сагиттальной комы, так и для более полной компенсации меридиональной комы.

В случае минимизации сагиттальной 20 комы решается система уравнений

-п. п.

-и, дТГ-

гo

О,

где F, ;j,, А;. - коэффициенты разло жения в ряд функции

оптического, пути. Параметры г и г, которые полу чаются в результате решения этой сиг

стемы, удовлетворяют условию -

3-5, однако в таких приборах меридиональная кома резко возрастает по мере удаления ее от точки компенг сации, и разрешающая способность так приборов низка..

В случае наиболее полной минимизации меридиональной комы решается система уравнений

3Ргоо п.

Зг 0;

9г

0.

В результате решения этой системы i

г уравнений получается -- 0,8 - 1,1.

В светосильных широкодиапазонных приборах при таком условии велика аберрация сагиттальной комы, которая ве- .дет к ухудшению разрешающей способности.

о- ас- са- , аа--

10

кора 5

комдляльой 20

j

25

оии зо

у

еетнг таких

изаси0;

45

50

емы i

,1.

приберве-бноКритерием оптимальности оптической схемы прибора является полуширина ап- паратной функции. Для вьшснения оптимального соотношения отрезков рассчитываются схемы монохроматоров, у которых соотношение изменяется в пределах

г

0,8 - .5. Расчет показывает, что

1Cг;

ДЛЯ получения увеличения светосилы и рабочего диапазона спектра при сохранении разрешающей способности необхог

димо выбрать - 1,15 - 1,55. Для

достижения такого же разрешения у све тосильного широкодиапазонного моно- хроматора осуществляется дальнейшая оптимизация коэффициента v .

В отличие от плоских у вогнутых дифракционных решеток плоскость каждого Штриха имеет свою ориентацию от- носительно общей поверхности решетки. В силу известной технологии нарезания решетки резец переходит от штриха к штриху без поворота режущей кромки, в результате чего нормали к поверхности различных штрихов взаимно параллельны. Вместе с тем нормали к точкам общей поверхности решетки поворачиваются, вокруг центра ее кривизны. В результате эффективность вогнутой решетки изменяется по нарезанной площади. Учет изменения эффективности по поверхности вогнутой решетки существенно меняет вид аппаратной функции. Выбирая соответствующим образом угол блеска, можно добиться того, что уча- сток решетки, который вносит наибольший вклад в абберации для данной длины волны, будет иметь для этой длины волны наименьшую эффе1стивность, что позволяет уменьшить полуширину аппаратной функции и повысить разрешающую способность прибора.

В расчете дифракционного монохро- матора решают обратную задачу - коэффициент выбирают таким образом, что апожение аберрагщй комы и дефокусировки для данной длины волны наблюдается для тех участков решетки, эффективность которых для этой длины волны минимальна. На участках с большей-эффективностью эти аберрации вычитаются.

Для выбора коэс1)фициента ) рассчитывается полуширина аппаратной функции для меридиональной плоскости ре-, шетки с различными значениями . Значение изменяе.тся в пределах от 1 до , где -Ji - коэффициент ,

соответствуюпщй компенсации меридио- нал|ьной комы в крайнем левом попоже- рабочего спектрального диапазона,

НИИ

а)

I - то же, в крайней правой его

точке чение

При этом выбирается такое зна- IV , при котором сумма полуширин .: аппаратных функций в трех точках спек- тра| была бы минимальной.

решетки

, у - координата точки на поверхно- Выбор неравномерности шага штрихов о решетки в направлении, перпенди- из условиякулярном штрихам, m и -3 - неравномер «L 3 г ность шага штрихов решетки, и выход2 (5-6)г R2,ную щель, при этом расстояние- г от

входной щели до вершины вогнутой дифщель, установленную с возможностью по-- ворота вогИутую дифракционнуто решетку с переменным расстоянием d мелоду штрихами, удовлетворяющим соотношению d dg (1 + (.), где dg - расстояние между соседними штрихами в вершине вогнутой дифракционной решетки.

С5-6)г R2

обеспечивает максимально возможное для данной конструкции разрешение приЗора за счет взаимодействия меридиональной комы, дефокусировки и

15 ракционной решетки и расстояние г от вершины вогнутой дифракционной решетки до выходной щели удовлетворяют ус, у - координата точки на поверхно- решетки в направлении, перпенди- кулярном штрихам, m и -3 - неравномерщель, установленную с возможностью по-- ворота вогИутую дифракционнуто решетку с переменным расстоянием d мелоду штрихами, удовлетворяющим соотношению d dg (1 + (.), где dg - расстояние между соседними штрихами в вершине вогнутой дифракционной решетки.

15 ракционной решетки и расстояние г от вершины вогнутой дифракционной решетки до выходной щели удовлетворяют ус

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Целью изобретения является повышение светосилы и расширение рабочего диапазона спектра без смены решетки. Монохроматор состоит из входной и выходной щелей и вогнутой дифракционной решетки, установленной с возможностью поворота. Дифракционная решетка выполнена с переменным расстоянием D между штрихами, удовлетворяющим соотношению D=D₀(1+*98M_Y+*98H_Y²), где D₀ - расстояние между штрихами у вершины решетки

Y - координаты на поверхности решетки в направлении, перпендикулярном штрихам

μ и ν - неравномерность шага штрихов. Отношение длин плеч монохроматора удовлетворяет условию: R¹/R=1,15÷1,55 в + 1-ом порядке дифракции. Неравномерность шага штрихов определяется из условия *98H=*98M²-3R¹/[2^.(5÷6)R^.R²], где R - радиус кривизны решетки. 1 ил.

спе1(трального коэффициента отражения, предлагаемом монохроматоре достига-

В етсй

вес|гнь х

тех

раж

зон

Ф о

ловию

- - 1,15,..1,j55 в плюс первом

такое же разрешение, как и в .из- 20 порядке дифракции, отличаю- монохроматорах типа l-iYK при щ и и с я тем, что, с целью повышения светосилы и расширения рабочего диапазона спектра без смены решетки, неравномерность шага штрихов решетки

25 определяется из соотношения о „f

же габаритах и таком же числе от- 1ний. Светосила в монохроматоре по

в 2,3 раза, а рабочий диапа- расширяется на 30%.

рмула изобретения Дифракционный монохроматор, содержащий оптически связанные входную

3

2

где R - радиус

(5...6)г . R2 кривизны вогнутой дифракционной решетки .

ловию

определяется из соотношения о „f

3

2

где R - радиус

(5...6)г . R2 кривизны вогнутой дифракционной решетки .