Спектрограф Советский патент 1991 года по МПК G01J3/26 

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых параметров.

На фиг. 1 и 2 показана схема спектрографа.

Спектрограф содержит коническую линзу-аксикон 1, дифракционную решетку 2, регистратор 3, первую 4 и вторую 5 отражающие поверхности.

Спектрограф работает следующим образом.

Перед процессом измерений спектрограф калибруют, для чего измеряют либо вы- числяют распределение оптической толщины конической линзы-аксикона 1 по его поверхности и значения оптической толщины, либо сразу учетверенные значения этой величины, равные длинам волн, для которых выполнено условие появления первого максимума интерференции на поверхности клина, наносят на радиальную шкалу регистратора. Для измерения направления

поляризации на регистратор также наносят азимутальную шкалу. Затем электромагнитный пучок, длину волны и направление поляризации которого требуется зарегистрировать, направляют сквозь регистратор 3, первую отражающую поверхность 4, линзу-аксикон 1 на решетку 2 и регистрируют регистратором 3 результирующую интерференционную картину в виде кольца максимума интерференции с азиму- тально симметричными минимумами, появление которых обусловлено различием контраста интерференции при различной ориентации направления радиальных штрихов решетки к направлению поляризации, считывают величину измеренной длины волны по радиальной шкале и направление поляризации по азимутальной шкале Если в регистрируемом спектре электромагнитного излучения содержится не одна, а несколько спектральных линий, тогда для каждой из них по зарегистрированной на регистраторе координате и известной калибровке пинW 00

XI

зы-аксикона 1 определяют их-длину волны и направление поляризации.

П р и м е р 1, Спектрограф является устройством, предназначенным для регистрации длин волн излучения и направления поляризации в диапазоне 20-800 мкм. Спектрограф в виде линзы-аксикона, изготовленной из темплена с минимальной толщиной 5 мкм (в центре), максимальной 200 мкм (по краю круга) и диаметром 100 мм. На плоскую поверхность линзы-аксикона фотолитографическим способом нанесена отражающая дифракционная решетка с радиально расположенными штрихами, выполненными в виде секторов с секторными зазорами между ними, причем для обеспечения сильной зависимости отражения решетки от направления поляризации ширина сектора выбрана равной ширине зазора между секторами и равной удвоенной оптической толщине линзы-аксикона для всех расстояний от оси симметрии линзы-аксикона (т.е., ширина сектора увеличивается линейно по радиусу от 10 до 400 мкм), а на вторую сторону нанесен слой терморегистратора на жидких кристаллах толщиной 5 мкм, визуализирующих распределение теплового поля на поверхности клина, штриховая радиальная шкала с шагом 0,1 мм и азимутальная шкала с шагом 1 град.

Этот спектрограф работает следующим образом.

Спектрограф устанавливают перпендикулярно пучку непрерывного лазера, работающего в дальней инфракрасной либо субмиллиметровой областях спектра, длину волны генерации и направление поляризации излучения которого надо измерить, считывают показания радиальной шкалы, соответствующие кольцу максимального нагрева жидкокристаллического индикатора - регистратора, и таким образом получают значение длины волны лазерного излучения. Далее по азимутальной шкале определяют положение минимумом интенсивности на кольце и таким образом определяют направление поляризации, например, относительно вертикали. Если бы толщина регистратора была выбрана более 5 мкм, т.е. более четверти минимальной рабочей длины волны, то это привело бы к снижению контраста регистрируемого интерференционного максимума и, следовательно, снизило бы точность определения регистрируемой длины волны.

П р и м е р 2. Спектрограф-поляриметр предназначенный для измерения длины волны генерации импульсных лазеров. Он выполнен в виде линзы-аксикона тех же размеров, на первую поверхность которого

нанесена такая же решетка из алюминия, как и в примере 1, а на противоположную нанесен клиновидный слой галогенидосе- ребряной фотоэмульсии, толщина которого

уменьшается от 200 мкм по краям клина до 5 мкм на его середине. На этой фотоэмульсии проэкспонированы радиальная и азимутальные шкалы с минимальным шагом, равным максимальному пространственного

разрешения фотослоя, в данном случае 1000 штрихов на 1 мм. В основе фотографической регистрации спектра в данном случае используют метод термосенсибилизации га- логенидосеребряной фотоэмульсии, для

чего первоначально на спектрограф направляют регистрируемый лазерный импульс, а по его окончании импульс актиничной подсветки, в результате чего на основе эффекта увеличения чувствительности

фотоматериала с ростом температуры происходит регистрация инфракрасного и субмиллиметрового излучения, Далее спектрограф-поляриметр опускает в проявитель фотографического слоя, промывают, фиксируют и высушивают по стандартной фотографической методике. При этом, кроме сфотографированного спектра, проявляется и шкала, что позволяет считать, например, под микроскопом значение зарегистрированной длины волны генерации импульсного лазера и направление поляризации его излучения.

Таким образом, спектрограф позволяет одновременно с регистрацией длины волны

регистрировать также и направление поляризации. Вес предлагаемого спектрографа не превышает несколько грамм. При необходимости устройство может быть выполнено размером не более сантиметра. Малый

вес и габариты, а также монолитная конструкция спектрографа обеспечивают его повышенную вибрационную стойкость. Соответствующий выбор угла наклона линзы-аксикона позволяет легко варьировать

рабочий спектральный диапазон и расширить его непрерывным образом от инфракрасной до сантиметровой области электромагнитного спектра. В данном спектрометре минимальна длина оптического

.пути внутри прибора, что позволяет легко регистрировать длины волн и поляризацию спектральных линий, сильно поглощающиеся в атмосфере.

Формула изобретения

Спектрограф, содержащий оптически связанные первую отражающую поверхность, вторую отражающую поверхность и регистратор спектра, отличающийся тем, что с целью расширения диапазона измеряемых параметров, он дополнительно содержит коническую линзу-аксикон, с рабочими поверхностями которой совмещены первая и вторая отражающие поверхности,

положены радизльно относительно оси конической линзы-аксикона, заштрихованная поверхность дифракционной решетки выполнена в виде радиальных секторов, рас

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых параметров Спектрограф одновременно с регистрацией длины волны может регистрировать и направление поляризации. Малый вес и габариты, а также монолитная конструкция спектрографа обеспечивают его повышенную вибраи юн- ную стойкость. Соответствующий выбор угла наклона линзы-аксикона позволяет варьировать рабочий спектральный диапазон и непрерывно расширять его от ИК- до сантиметровой области спектра 2 ил

и дифракционную решетку, совмещенную с 5 положенных относительно указанной оси, а второй отражательной поверхностью, при регистратор размещен на первой отражаю- этом штрихи дифракционной решетки рас- щей поверхности.

Фиг.1