Дифракционный полихроматор Советский патент 1991 года по МПК G01J3/18 

1

(21)4772576/25

(22)14.11.89

(46) 23.12.91. Бюл. №47

(72) Е.А.Соколова

(53)535,853(088.8)

(56)Стожарова К.А. Вогнутая голографиче- ская дифракционная решетка в схеме с фокусировкой на круге Роуланда.

Оптико-механическая промышленность, 1981, № 12,30-32.

Виноградов А.В. и др. Зеркальная рентгеновская оптика, Л.: 1989, с. 288,

(54)ДИФРАКЦИОННЫЙ ПОЛИХРОМАТОР

(57)Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Цель изобретения - увеличение разрешающей способности и отношения сигнал-шум. В по- лихроматоре осветитель содержит сферическое вогнутое зеркало, фокусирующее

излучение источника на входную щель. Угол F между нормалью к вогнутому зеркалу и направлением на входную щель удовлетворяет условию F arctg , где А I Т г

угол падения излучения на дифракционную решетку; ft - угол дифракции для выходной щели, установленной в середине рабочего спектрального диапазона; С 0,5-1. Расстояния гот источника излучения до вогнутого зеркала и от вогнутого зеркала до входной щели определяется условием г R cosF, где R - радиус кривизны зеркала. За счет компенсации астигматизма второго порядка полихроматор обеспечивает в 2-4 раза лучшую полуширину аппаратной функции и ширину подошвы линии по сравнению с прототипом. 1 ил.

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению.

Известны полихроматоры с вогнутыми дифракционными решетками, предназначенные для работы в различных областях спектра.

При достаточно высокой разрешающей способности они обладают большими габаритами и низкой светосилой. Увеличение светосилы и уменьшение габаритов прибо- . ров, построенных по тем же оптическим схемам, приводит к резкому ухудшению разрешающей способности и отношения сигнал/шум.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является полихроматор, содержащий осветитель, входную щель, вогнутую дифракционную решетку и кассету с выходными щелями. Такая конструкция полихроматора при большой дисперсии обладает значительным астигматизмом второго порядка, который ухудшает разрешающую способность и снижает отношение сигнал-шум.

Цель изобретения - увеличение разрешающей способности и отношения сигнал/шум.

Указанная цель достигается тем, чго в дифракционном полихроматоре, содержащем оптически связанные осветитель, снаб- женный источником излучения и вогнутым зеркалом, входную щель. BOI нутую дифракXI

О

о

GO 00 О

ционную решетку и кассету С выходными щелями, вогнутое зеркало осветителя выполнено сферическим, а угол F между, нормалью к нему и оптической осью, соединяющей вогнутое зеркало с входной щелью, удовлетворяет условию F

tg A - ctg В . arctgi г где Угол межДУ °пти

I i j

ческой осью, соединяющей входную щель с вогнутой дифракционной решеткой и нормалью к ней; / - угол между нормалью к вогнутой дифракционной решетке и оптической осью соединяющей вогнутую дифракционную решетку с в-ыходной щелью, размещенной в середине рабочего спектрального диапазона, С 0,5-1, при этом расстояния гот источника излучения до вогнутого зеркала и от вогнутого зеркала до входной щели удовлетворяют соотношению г R cosF, где R - радиус кривизны вогнутого зеркала,

На чертеже показана схема дифракционного полихроматора.

Полихроматор содержит щель 1, являющуюся источником излучения осветителя, зеркало 2 осветителя, входную щель 3, дифракционную решетку 4 и кассету 5 с выходными щелями. Входная щель 3 полихроматора может быть выполнена как в виде диафрагмы, так и в виде зеркального коллектива. Входной щелью осветителя может служить источник или его изображение,

Полихроматор работает следующим образом.

Излучение, вошедшее в осветитель через щель 1, попадает на зеркало 2, отражается от него, а через входную щель 3 полихроматора попадает на вогнутую дифракционную решетку 4. Дифрагированное излучение различных длин волн фокусируется на выходных щелях кассеты 5, расположенных на круге Роуланда. Соотношения между параметрами оптической схемы получены следующим образом. Член разложения в степенной ряд функции оптического пути, соответствующий астигматизму второго порядка, вычисляется по формуле

... R sin А (1 - К) R Sin,6

р1 - Л1 CL

гГ1

где г - расстояние от входной щели 3 до решетки 4;

г1 - расстояние от решетки 4 до выходной щели на кассете 5;

К- коэффициент астигматизма первого порядка решетки 4, работающей в дайной оптической схеме.

Для того, чтобы астигматизм второго порядка зеркала и решетки взаимно компенсировались, необходимо выполнение условия

р.,Реш - Fi3ep

Учитывая, что на круге Роуланда г Rx xcos А, г R cos Д коэффициент астигматизма зеркала равен (-2cosF), и обозначив С (1-К) решетки, можно записать

F arctgm

Принимая во внимание тот факт, что в современных полихроматорах используются решетки с искривленными штрихами, обладающими свойством компенсации астигматизма, можно считать, что коэффициент астигматизма решетки не превышает 0,5, следовательно С 0,5-1. По изложенной выше методике были рассчитаны параметры оптической схемы полихроматора с решеткой 2400 , с радиусом кривизны

500 мм, размером 40x30 мм и сферическим зеркалом с радиусом кривизны 500 мм, угол падения излучения на которое равен 9°. Преимущества полихроматора по сравнению с прототипом продемонстрированы в

таблице, в которой приведеныполуширина аппаратной функции (АФ) и ширина подошвы аппаратной функции (ПАФ), от которой в значительной степени зависит величина отношения сигнал/шум, для настоящего полихроматора и прототипа с решетками 2400 и 3600 штр/мм.

Как видно из таблицы, настоящий поли- хроматор обеспечивает в 2-4 раза лучшую полуширину аппаратной функции и ширину

подошвы линии, чем прототип.

Формула изобретения Дифракционный Полихроматор, содержащий оптически связанные осветитель, снабженный источником излучения и вогнутым зеркалом, входную щель, вогнутую дифракционную решетку и кассету с выходными щелями, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и отношения сигнал/шум, вогнутое зеркало осветителя выполнено сферическим, а угол F между нормалью к нему и оптической осью, соединяющей вогнутое зеркало с входной щелью, удовлетворяет условию F

arctg , где А-угол между оптической осью, соединяющей входную щель с вогнутой дифракционной решеткой и нормалью к ней; р - угол между нормалью к вогнутой дифракционной решетке и оптической осью, соединяющей вогнутую дифракционную решетку с выходной щелъю, размещенной в середине рабочего спектрального диапазона; С 0,5-1, при этом расстояния гот источника излучения до вогнутого зеркала и от вогнутого зеркала до

входной щели удовлетворяют соотношению где R

г R cosF, радиус кривизны вогнутого зеркала.