Двойной дифракционный монохроматор с плоскими решетками Советский патент 1991 года по МПК G01J3/18 

Изобретение относится к технической физике и может найти применение при разработке спектральной аппаратуры.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности монохроматора при увеличенных рабочих углах дифракции и при сохранении свободной области дисперсии, равной области, получаемой при работе в первом порядке спектра.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - изображение на выходе монохроматора./

Двойной дифракционный монохрома- тор с плоскими решетками содержит входную щель 1, поворотное зеркало 2, коллимирующий объектив 3, дифракционную решетку 4, фокусирующий объектив 5, промежуточную щель 6, второй коллимирующий объектив 7, вторую дифракционную решетку 8, второй фокусирующий объектив 9, второе поворотное зеркало 10 и выходную щель 11.

Двойной дифракционный монохрома- тор с плоскими решетками работает следующим образом.

Прошедшие через входную щель 1 исследуемое излучение последовательно отражается от элементов 2-5 и образует в плоскости промежуточной щели в спектр Ki рабочего порядка, на который наложены И других спектров в пределах рабочего спектрального диапазона, а на длину волны излучения Акт, проходящую через промежуточную щель, наложены i-1 других длин волн (Ai, hА,).

Второй диспергирующий каскад содержит дифракционную решетку, работающую при том же угле дифракции, но имеющую другой период, который определяется изсо- К2

отношения d2 - di м

При этом длина

волны AK-I, дифрагирует на второй решетке под тем же углом, но уже в К2 порядке. В этом же направлении будут дифрагировать

СП

с

с

00 Os

о ю

Os

наложенные на нее длины волн Акт/2, АКТ /3, и т.д. Остальные длины волн будут дифрагировать на второй решетке под другими углами и соответствующие им изображения спектральных линий будут получены за пределами выходной щели. Остаточное наложение спектральных линий и свободная область дисперсии будут соответствовать работе диспергирующих каскадов в первом порядке спектра. Сканирование спектра осуществляется как обычно поворотом дифракционных решеток.

Таким образом, недостаток оптических систем монохроматоров, работающих в высоких порядках спектра при больших углах дифракции, будет преодолен, что позволит их практически использовать для регистрации спектров с высоким разрешением.

Пример. Пусть в первом каскаде моно- хроматора установлена решетка 600 штр/мм, работающая в 4 порядке, а во втором каскаде решетка 480 штр/мм, работающая в 5 порядке. Возьмем ХА 733 нм, дифрагировавшую под углом 65°, В 4 порядке на нее будут наложены следующие длины волн в нанометрах, дифрагировавшие в соответствующих порядках, указанных в скобках: 2932(1) 586(5) 367(8) 267(11) 209(14) 1466(2) 489(6) 326(9) 244(12) 195(15) 977(3) 419(7) 293(10) 225(13) и т.д.

Пусть рабочий спектральный диапазон монохроматора в коротковолновой области ограничен длиной волны 200 нм, так как более коротковолновое излучение.поглощается в атмосфере. Тогда на длину волны, прошедшую во второй каскад монохроматора /Ц 733 нм, будут наложены 13 других длин волн.

Дифракционная решетка во втором каскаде может направить под углом 65° длину волны 733 нм в 5 порядке, а также следующие длины волн:

367(10) 262(14) 193(18) 333(11) 244(15) и т.д. 305(12) 229(16) 282(13) 204(17)

Сравнение этих длин волн с длинами волн, идущими из первого каскада, показывает, что с ними совпадают только 367 нм и 244 нм, т.е. длины волн, равные 733/2 и

3665(1)611(6)

1833(2)524(7)

1222(3)458(8)

916(4)407(9)

0

5

0

5

0

5

0

5

0

733/3. Только эти две длины волны и будут наложены на длину волны 733 нм на выходе двойного монохроматора. Остальные длины волн, прошедшие во второй каскад, будут дифрагировать на второй решетке под углами, отличными от 65°, а соответствующие им изображения спектральных линий будут сфокусированы за пределами выходной щели монохроматора.

Эти же длины волн были бы пропущены монохроматором, если бы в нем стояли две одинаковые решетки, работающие в первом порядке спектра, т.е. свободная область дисперсии предлагаемого монохроматора, работающего в высоких порядках, сохранилась при увеличении рабочих углов дифракции.

В то же время переход к рабочему углу дифракции 65° от угла 13°, соответствующего получению длины волны 733 нм в первом порядке дифракционных решеток, имеющих 600 штр./мм, позволяет увеличить разрешающую способность монохроматора в 9,3 раза.

Двойной дифракционный монохрома- тор может найти применение при разработке высокоинформативной спектральной аппаратуры, предназначенной для контроля загрязнений окружающей природной среды.

Формула изобретения

Двойной дифракционный монохроматор с плоскими решетками, отличающий- с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности при увеличенных рабочих углах дифракции и при сохранении свободной области дисперсии, равной области, получаемой при работе в первом порядке спектра, его дифракционные решетки имеют периоды, удовлетворяющие следующему соотношению:

где di и d2 - периоды первой и второй решеток;

Ki и К.2 - соответствующие рабочие порядки спектра каждой из них, причем Ki и Ка не имеют общих делителей.

Фиг.1

Изобретение относится к технической физике и может найти применение при разработке спектральной аппаратуры. Цель изобретения - повышение разрешающей способности при увеличенных рабочих углах дифракции и при сохранении свободной области дисперсии, равной области, получаемой при работе в первом порядке спектра. Установленные в двойном монохроматоре дифракционные решетки имеют периоды, соотношение между которыми определяется из выражения d2 K2di/Ki, где di и J2 - периоды первой и второй решеток; Ki и К2 - соответствующие рабочие порядки спектра каждой из них, причем Кч и «2 не имеют общих делителей. 2 ил.

489 586 325

Фокальная / Выходная

плп„п / фуг 2щель

плоскость

733

357 257 209 293225

TMF/S