Монохроматор Советский патент 1991 года по МПК G01J3/18 

Изобретение относится к спектральному приборостроению и может быть использовано в спектрометрах и спектрофотометрах с высокой дисперсией.

Цель изобретения - повышение спектрального разрешения за счет устранения поворота изображения входной щели.

На чертеже представлена схема предложенного монохроматора.

Монохроматор содержит входную щель 1, коллиматорное зеркало 2, дифракционную решетку 3, установленную с возможностью поворота вокруг оси, лежащей в плоскости дифракционной решетки параллельно ее штрихам, плоское автоколлимационное зеркало 4,. закрепленное, например, на общем с дифракционной решеткой кронштейне (платформе) и имеющее возможность совместного поворота с дифракционной решеткой 3 вокруг ее оси вращения, входная 1 и выходная 5 щели расположены таким образом, что их центры лежат в плоскости главного сечения дифракционной решетки 3, а ножи щелей перпендикулярны ее главному сечению.

Монохроматор работает следующим образом.

Исследуемое излучение от входной щели 1 попадает на коллиматорное зеркало 2, которое направляет сформированный параллельный пучок на дифракционную решетку 3. Учитывая, что центры щелей расположены в главной плоскости сечения дифракционной решетки, совпадающей с главной плоскостью монохроматора, и видны из центра коллиматорного зеркала под углом А, соотношение для 2-го порядка запишется в виде

sin p+ sin (p z 2 AN

где р, ( - углы, образуемые с нормалью к дифракционной решетке падающим и дифрагированным пучком; А- выделяемая длина волны спектра; N - число штрихов дифракционной решетки на единицу длины, так р - Д то указанное выражение можно записать и в виде

sin(-A ) 2AN.

Для 1-го порядка в прямом и обратном ходе от зеркала можно записать:

sin p + sin fi AN;

01 О СО

N

sin p + sin p- A N,

где - дифракции от решетки в 1-м порядке; (р -угол падения на решетку пучка лучей, отраженных от автоколлимационного зеркала; p i - угол дифракции в обратном ходе.

Рассмотрим систему уравнений sin Ј + sin pj AN

sin p- + sin AN sin 99 +sin 2 2 AN

Найдем условие, при котором лучи одной и той же А 1-го и 2-го порядков попадут в выходную щель, т.е. 1 sin p z. Приняв это, вычитая из 3-го уравнения 2-е, получим

sin р- sin р AN.

Далее, вычитая полученное уравнение из 2-го, получим

+ 0.

Такое условие может быть выполнено, если , т.е. угол дифракции от решетки в прямом ходе равен углу падения на решетку в обратном ходе, взятом с противоположным знаком.

При этом условии, сложив 1-е и 2-е уравнения, получим

sin p+ sin i 2 AN.

Сравнивая его с уравнением для 2-го порядка

Sin р+ sin 2 AN, получим, что ffi р 2 для данной А.

Конструктивно это выполняется установкой перпендикулярно нормали к дифракционной решетке на пути лучей плоского автоколлимационного зеркала.

Таким образом, излучение с длиной волны А, дифрагировавшее на дифракционной решетке во 2-м порядке, совпадает с излучением той же длины волны А , дифрагировавшим на дифракционной решетке в обратном ходе в 1-м порядке, если нормаль из центра дифракционной решетки совпадает с нормалью к автоколлимационному зеркалу.

Поворачивая дифракционную решетку вокруг оси, находящейся в ее плоскости, параллельно штрихам, т.е. перпендикулярно плоскости главного сечения решетки, совпадающей с главной плоскостью моно- хроматора, и в то же время располагая автоколлимационное зеркало так, чтобы его нормаль совпадала с нормалью к дифракционной решетке, получаем на выходной щели спектр суммарного излучения 1-го и 2-го порядков, совпадающих по длинам волн. Все описанное можно распространить на

любые кратные порядки, например: 2k и k, 4k и 2k, 6k и 3k и т.д.

Вследствие предложенного расположения центров щелей изображение входной

щели не разворачивается по отношению к выходной щели.

При сложении порядков одной и той же длины волн А можно фокусировать спектральные линии в плоскости, в которой располагаются ножи щели, без каких-либо дополнительных механизмов разворота щели, и кроме того, нет необходимости в юстировке разворота входной щели для совпадения ее изображения с выходной

щелью во всем диапазоне углов.

На чертеже, как пример, представлена схема расположения оптических элементов, в которой плоское автоколлимационное зеркало 4 и дифракционная решетка 3 имеют жесткую связь относительно друг друга, их нормали, проведенные из центров, совпадают и при сканировании они совместно поворачиваются вокруг общей оси 0, расположенной в плоскости дифракционной решетки параллельно ее штрихам, центры щелей расположены в горизонтальной плоскости главного сечения дифракционной решетки, а ножи щелей перпендикулярны главному сечению.

Использование изобретения по сравнению с прототипом упрощает конструкцию монохроматора и обеспечивает более простую юстировку.

Формула изобретения

Монохроматор, содержащий оптически связанные входную щель, коллиматорное зеркало, дифракционную решетку, плоское автоколлимационное зеркало, выходную

щель, причем плоское автоколлимационное зеркало установлено с возможностью совместного поворота с дифракционной решеткой вокруг оси, лежащей в плоскости дифракционной решетки параллельно ее

штрихам, нормаль из центра дифракционной решетки совпадает с нормалью к автоколлимационному зеркалу, а главный фокус коллиматорного зеркала, его центр и нормаль к автоколлимационному зеркалу расположены в плоскости главного сечения дифракционной решетки, отличающий- с я тем, что с целью повышения спектрального разрешения, центры входной и выходной щелей расположены в плоскости

главного сечения дифоакционной решетки, а ножи щелей перпендикулярны/ ее главному сечению.

Изобретение относится к спектральному приборостроению и может быть использовано в спектрометрах и спектрофотометрах с высокой дисперсией. Цель - повышение спектрального разрешения за счет устранения поворота изображения входной щели при сканировании в монохроматоре со сложением порядков. Это достигается тем, что в монохроматоре со сложением входная и выходная щели 1, 5 соответственно расположены так, что их центры лежат в плоскости главного сечения дифракционной решетки 3 и ножи щелей перпендикулярны ее главному сечению. 1 ил.