Устройство для спектрального анализа Советский патент 1977 года по МПК G01J3/18 

1

Изобретение относится к области спектрального анализа, в частности к спектрографам со скрещенной дисперсией.

Известны устройства для спектрального ,анализа, в которых применены дифракц ионные решетки, формирующие спектр в виде множества спектральных порядков, которые перекрывают друг друга til. Разрешающая способность таких устройств невелика.

Разрешакидая способность и дисперсия могут бытьзначительно увеличены при использовании оптических схем с многократной, в частности двукратной, дисперсиейf2J. Однако вместе с дисперсией во счсомько же раз возрастает и искривление спектральных линий.

Другой путь разделения порядков . спектра - способ скрещенной дисперсии который состоит в применении ДОПОЛНИ тельной решетки или спектральной приэМы, направление дисперсии которых пер пендикулярно к направлению дисперсии основной решетки. Примером такого устройства является спектрограф СТЭ-1, содержащий последовательно расположенные по ходу луча средство для приг ема падающего света, вспомогательный .диспергирующий элемент (призму), основную дифракционную решетку, направление дисперсии которой расположено под углом к направлению дисперсии вспомогательного диспергирующего элемента, и средство для фокусирования диспергированного света в плоскости регистрирующего устройства 3.

Недостатком ус ройств такого рода также является искривление спектраль ных линий в выходной плоскости, ввиду чего невозможно одновременно получит на ограниченной поведхности изображение большого спектрального диапазона с постоянным разраиением . При этом если вспомогательным диспергирующим элементом служит призма, то, например, в диапазоне длин волн ультрафиолетового и видимого света между спектральными порядками в коротковолновом диапазоне исследуемого спектра расстояние больше, чем в длинноволновом. Если вместо призмы использовать решетку, т.р наблюдается противоположный эффект. Этот недостаток скаг зывается особенно сильно, когда в выходной фокальной плоскости размещают фотокатод электронно-оптического преобразователя, имеющий относительно небольшой размер, причем указанный недостаток невозможно полностью устранить даже при выборе различных материалов, из которых изготавливают ly или иную призму. Цель изобретения - получение разрешения большего диапазона длин волн ма поверхности ограниченного размера путем уменьшения разницы в расстояни между спектральными порядками.в плос кости регистрирующего устройства. Это достигается тем, что в спектральном устройстве со скрещенной дис персией вспомогательный диспергирующий элемент выполнен в виде по меньшей мере одной призмы и дифракционной решетки. . , На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, -продольдай на фиг,. 2 пред5 3..отд$ль,но изображение аспомогафельного диспергирующего элемента в виде сочетания решетки и призмы; на фиг. 3 изображен примерный вид спе трального распределения, полученный расчетным путем при использовании изобретения; на фиг. 4 схематически изображен электронно-оптический преобразователь, который может быть использован, в пре лагаемом устройстве для регистрации спектра, на фиг. 5 показвшг5« кассетное устройство с пленкой, также явля щееся примером вспомагательного регистрирующего устройства. Устройство для спектрального анализа (см. фиг. 1) содержит корпус 1 с отверстием 2. Световой луч 3, прошедший входную щель 4, входит в это отверстие. Внутри корпуса этот луч отражается вогнутым зеркалом 5 и попадает на комбинацию призма 6 - решетка 7. Далее световой луч рассейвается указанной комбинацией на глав ную решетку 8, например на решетку Эшелле, которая , в свою очередь, ра сеивает , пучок лучей на вргнутое зеркало 9, предназначенное для фокусиро вания пучка лучей на фокальную повер ность 1.0. Совместно с фокальной поверхностью -10 используется фильтр (н показан на чертеже), йреднаэначенный для подавления искажаювди-х спектральных порядков, поступающеес.решетки комбинации призма -б :решетка 7. Кор пус 1 имеет выходное,окно 11 с напра ляющими 12-15,. с .помэщыо. которых к нему может крепиться впределах выходной фокальной поверхности фотопла тинка, электронно-оптический преобра зователь (фиг. 4) или кассета с плен кой (фиг. 5). На фиг. 2 показана отражающая поверхность решетки с нанесенными на Нее штрихами 16. Призма 6 может быть изготовлена из фторида кальция, фторида лития,.фторида натрия, кварца и т.д. Лучи отклоняются гранью призмы и отражаются от решетки 7 после прохождения через данную призму, причем после решетки лучи снова проходят через зту призму. Первоначально луч проходит с наклоном 17, после же преломления и дифракции он имеет направление 18.распространения. Несмотря на то, что на фиг, 2 призма изображена перед решеткой на пути падающего светового пучка, это устройство не ограничивает области изобретения, поскольку указанный порядок расположения может быть изменен на обратный. В этом случае используется известная прозрачная дифракционная решетка, -через которую проходит световой пучок.Эта решетка работает совместно с призмой, например с призмой Литтрова, имеющей одну отражающую грань. Помимо-указанных решеток в соответствии с изобретением могут применяться также решетки других типов, например вогнутые, голографические и т.д. При необходимости возможны также некоторые комбинации решеток и призм. Выбором соответствующих параметров для сочетания решетки и призмы можно получить оптимальную однородность в распределении спектральных порядков на фокальной поверхности. Такими параметрами являются расстояние между штрихами решетки, угол штриха и спектральный порядок. Что касается призмы, то соответствующими параметрами являются материал, из которого изготовлена призма, и угол преломления. На фиг. 3 показан соответствующий вид спектрального распределения, который может быть получен при использовании изобретения Тот факт, что с помощью данного устройства можно получить однородное распределение спектральных порядков по крайней мере в пределах фокальной поверхности, имеющей ограниченный размер, имеет чрезвычайно большое значение в тех случаях, когда для проведения спектрального анализа.с фотоэлектрической регистрацией используются электронно-оптические преобразователи. На фиг. ;4 представлено устройство, в котором применен электронно-оптический преобразователь, при этом сама электронно-лучевая трубка.19расположена в корпусе, имеющем направляющие 20 и 21 для установки ее между направляющими 12-15 спектрального устройства. После установки электронно-оптического преобразователя в это устройство фотокатод 22 злектроннолучевой трубки должен совпадать с фокальной поверхностью 10. Формула изобретения Устройство для спектрального анаиза со скрещенной днеперсией,содержащее последовательно расположенн е по ходу луча средство для приема падающего света, вспомогательный диспергирующий элемент, основную дифракционную решетку, направление дисперсии которой расположено под углом к направлению дисперсии вспомогательного диспергирующего элемента, и средство для фокусирования диспергированного света в плоскости регистрирующего устройства, отличающееся тем, что, с целью получения разрешения бол.шего диапазона длин волн на поверхности ограниченного размера путем умень S S$$ SS

шения разницы в расстояниях между спектральными порядками в плоскости регистрирующего устройства, вспомогательный диспергируюищй элемент вьтолнен в виде по меньшей мере одной при31 Ы и.дифрак- ционной решетки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Тарасов К.И. Спектральные приборы. Л., Машиностроение, 1968, с. 81-82.

200-201.

2.Там же, с. 161.

3.Там же, с.