Двойной дифракционный монохроматор Советский патент 1978 года по МПК G01J3/18 

Изобретение относится к спектральным приборам, а более конкретно - к двойным дифракционным монохроматорам, предназначенным для выделения из излучения, вошедшего в монохроматор, узкого диапазона длин волн и устранен в полезном излучении паразитного света других длин волн, и может быть использовано в научных и заводских ла бораториях для исследования источни:koB и приемников излучения, спектров комбинационного рассеяния, явлений фотоионизации и во всех других областях научных исследований, требующих применения монохроматического излучения. Известны двойные монохроматоры, предназначенные для работы в различны областях спектра l , При достаточно хорошем качестве изображения спект ра они большое количество отражаицих поверхностей и поэтому не могу использоваться в вакуумной УФ-области спектра из-за низкого коэффициента отражения зеркальных покрытий..Кроме того, в некоторых из них довольно сло жен механизм синхронизации движения диспергирующих элементов. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является двойной дифракционный монохроматор Гз , содержащий две дифракционные решетки с переменным шагом, расположенные на одном поворотном столике, систему зеркал, неподвижные входную, выходную и промежуточную щели и механизм сканирования спектра. Светопропускание такого монохроматора снижено из-за большого количес чества отражающих поверхностей. Целью изобретения является повышение светопропускания. Поставленная цель достигается благодаря тому, что в предлагаемом монохроматоре система зеркал выполнена из двух зеркал, симметрично установленных относительно промежуточной щели, а фокальные поверхности обеих вогнутых дифракционных решеток совмещены в центре промежуточной щели, Таким ооразом, количество зеркал сокргицено до двух, что увеличивает св топропускание прибора, особенно в вакуумной ультрафиолетовой (ВУФ) области спектра. Для уменьшения аберрация угол отклонения между падающим и дифрагированным лучами выбирается малым, а расфокусировка, возникающая при сканировании спектра, компенсируется Применением вогнутойдифракционной решатки с лепеменным шагом, у которой расстояние между соседними штрихами изменяется по линейному закону и имеют ввд ..Y),

расстояния между соседними штрихами, у вершины решетки (при Y 0) Y - координата на поверхности решетки в направлении, перпендикулярном штрихам;

1й - коэффициент неравномерности шага.

Коэффициент неравномерности шага определяется из условия минимума расфокусировки и вычисляется п) следующей формуле

/,- )-«tV. где ,)

aCV) (.o,(2 + -р-ГсозУ -|-Соб(зч-2г)со5 у-2г -ГобХ Cos,2V, ttV) CosTJ(.2y-Sin241;

- угол поворота дифракционной решетки от положения, соответствующег нулевому порядку спектра;

значения угла гсоответственн в начале и конце диапазона сканирования;

2Ъ-- угол отклонения;

V - расстояние от входной щели до центра решетки;

h- расстояние от центра решетки до выходной щели.

На чертеже показана оптическая схема двойного монохроматора.

Монохроматор имеет неподвижные входную щель 1, выходную 2 и промежуточную 3. Вогнутые дифракционные решетки 4 и 5 расположены лицевыми сторонами в противоположные стороны Вогнутые зеркала 6 и 7 расположены симметрично относительно промежуточной щели 3. Для изменения длины волны излучения, выходящего из двойного мснохроматора, служит сканирующий механизм 8.

Излучение источника света через входную щель 1 падает на вогнутую дифракционную решетку. Решетка 4 совместно с вогнутым зеркалом б фокусирует монохроматические изображения входной щели 1 на промежуточной щели 3. Далее, излучение узкого спектрального диапазона, прошедшее через промежуточную щель 3, расходящимся пучком падает на вогнутое зеркало 7, jfOTOpoe совместно с вогнутой дифракционной решеткой 5 фокусирует монохроматическое изображение промежуточной щели 3на выходной щели 2. При этом углы падения и дифракции на решетке 4 соответственно .равным углс1М падения и дифракции на решетке 5. Механизм 8 сканирования спектра может быть выполнен в виде синусного механизма.

Для вогнутых дифракционных решеток с переменным шагом,,работающих в области А 120-400 нм при угле отклонения 2tf-30°, бо - 500 мм, R 3784,4 мм и;й-0,903-10 остаточная расфокусировка на выходной щели составляет ±о,-|25 мм (при величине f 500 мм), а на промежуточной щели - Аг„ + 0,028 мм. Применение тороидальных зеркал практически прлностью устраняет астигматизм во всей рабочей области. Коэффициент ассигматизма не превышает К -1,0015. При дальнейшем уменьшении угла откло- нения оберрации становятся еще меньше В то же время схема становится компактнее.

в предлагаемом двойном монохроматоре имеет место сложение дисперсий обеих решеток, что увеличивает общую дисперсию вдвое. Оптическая схема монохроматора обеспечивает фиксированное положение щелей и постоянство направлений вошедшего и вышедшегоиз прибора пучков. Благодаря незначительным углам падения и дифракции для вогнутых решеток с переменным шагом изображение спектра имеет хорошее качество.

.Щели монохроматора установлены на противоположнЕдх стенках, что удобно при работе с прибором, так как ни источник света, ни приемник излучения не мешают друг другу и NiOryT иметь сколь угодно большие размеры.

Незначительное количество оптичес ких деталей повышает светопропускание прибора по сравнению с прототипом, а при применении высокоотражающих покрытий дает возможность использоват предложенный монохроматор в области вакуумного ультрафиолета до 100-120 н Благодаря уменьшению количества оптических деталей уменьшается и общая стоимость прибора по сравнению с известными.

Формула изобретения

Двойной дифракционный монохроматор содержащий две дифракционные решетки, с переменным шагом,-расположенные на одном поворотном столике, систему зеркал, неподвижные входную, выходную и промежуточную щели и механизм сканирования спектра, отличающийся тем, что, с целью увеличения светопропускания, система зеркал выполнена из двух зеркал, симметрично установленнь с относительно промежуточной щели,, а фокальные поверхности обзих -вогнутых дифракционных решеток совмещены в центре промежуточной щели

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство СССР 107669, кл. G01 J 3/18, 1959.

2.Тарасов К. П. Спектральные приборы. Л., Машиностроение, 1968, с. 204.

Л