Монохроматор Советский патент 1979 года по МПК G01J3/12 

(54) МОНОХРОЛ АТОР

Изобретение относится к области спектрального приборостроения и может быть применено при конструировании спектральных приборов средней и высокой светосилы, работающих в широком спектральном диапазоне.

Известны монохроматоры, содержащие входную и выходную щели, коллиматорный и камерный объективы, диспергирующую систему, которые предназначены для выделения излучения узкого спектрального интервала 1.

Известным монохроматорам присуще искажение изображения прямой входной щели, т. е. искривление спектральной линии, вызываемое диспергирующей системой. При этом кривизна спектральных линий меняется с изменением длины волны. Это приводит к расщирению спектральной полосы пропускания прибора, снижая тем самым его разрещающую способность, а также приводит к ошибкам при спектрометрических измерениях.

S

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является монохроматор, содержащий входную и выходную щели, коллиматорный и камерный объектив, диспергирующую систему и компенсирующий элемент 2.

Это устройство сложно и кроме того не может быть использовано в случае призменной диспергирующей системы.

Целью изобретения является упрощение компенсации кривизны спектральных линий на всем спектральном диапазоне при любой диспергирующей системе.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что компенсирующий элемент выполнен в виде оптического клина, преломляющими гранями которого являются поверхности второго порядка, в частности, прямых круговых конусов, оси которых лежат в плоскости гла-вного сечения клина под углом одна к другой от 2° до 40°, при5чем оптический клин установлен перед выходной щелью с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном выходной щели и оптической оси, а плоскость

0 главного сечения его перпендикулярна выходной щели. Компенсация кривизны линий происходит за счет того, что разные части пучка лучей, строящего изображ. ние искривленной линии, отклоняются раз5ными участками компенсирующего элемента на различную величину. Причем отклонение направлено в сторону, противоположную прогибу спектральной линии, а величина такова, что искривленная линия становится прямой. При перемещении ком0

пенсирующего элемента Б ту или другую сторону величина отклонения пучка увеличивается или уменьшается различно для разных участков компенсирующего элемента, что дает ,во:з1мажно:сть выпрямлять лиНИИ большей или меньшей кривизны. При помоши компенсирующего элемента можно компенсировать кривизну линий независимо от того, какая диспергируюш,ая система используется в монохроматоре - дифракционная или призменная. При этом иет необходимости искривлять спектральные щели.

На фиг. 1 представлена оптическая схема одного из .возможных вариантов предлагаемого монохроматора; на фиг. 2 - компенсирующий элемент в аксонометрии; на фиг. 3 - кОМггтенсИрующий элемент, вид сбоку и ход лучей через него; на фиг. 4 - то же, вид сверху; на фиг. 5 - разрез по А-А на фиг. 3.

Монохроматор содержит входную щель /, зеркальный объектив 2, диспергирующую призму 3, плоское зеркало 4, поворотное зеркало 5, компенсирующий элемент 6, выходную щель 7, преломляющие грани 8 и 9 клина.

Монохроматор работает следующим образом.

Излучение поступает через входную щель J (фиг. 1) на объектив 2.

Объектив 2 направляет излучение параллельным пучком на диспергирующую иризму 3. После прохождения через призму излучениераскладывается в сиектр по длинам волн и попадает на плоское зеркало 4 (зеркало Литтрова). Отразившись от зеркала 4, излучение вновь проходит через призму 3, вторично диюпергируясь, и, фокусируется объективом 2В его задней фокальной плоскости, пройдя Через компенсирующий элемент 6, который устраняет кривизиу спектральных линий. Благодаря этому через прямую выходную щель 7 проходит Все монохро;матич.еакое излучение прямой спектральной ЛЕНИИ.С целью значительного увеличения дисперсии зеркало Литтрова 4 может заменяться на дифракционную решетку. Для сканирования спектра зеркало (решетка) 4 поворачивается вокруг оси, параллельной рабочим граням призмы 3 и проходящей через середину его отражающей поверхности. Призма 3 устанавливается неподвижно.

В сечении плоскостью А-А (фиг. 5) и услозио совмещенных с ним сечениях плоскостями Б-Б и В-В, которые изображены пунктиром, по.казаны проекции на эти плоскости хода трех главных лучей, исходящих из центра (точка О) и краев (точки тип) входной щели для длины волны К. Допустим, что линия тОп соответствует искривленной спектральной линии с длиной волиы X, причем кривизну

-.уТГМЛ ПI

ной стрелки прогиба h. В сечении А-А, Б-Б, В-В показано, что при определенных значениях углов а, г, расстояния /, а также показателя преломления п материала компенсирующего элемента, проекции лучей, лежащие до входа в компенсирующий элемент на цилиндрической поверхности, которая при отсутствии последнего, пересекаясь с плоскостью спектра, образует искривленную спектральную линию, при выходе из компенсирующего элемента лежат уже в одной плоскости, которая, пересакаясь с плоскостью спектра, образует прямую спектральную линию. Таким образом, пучок лучей, строящий прежде изображение искривленной линии, теперь, пройдя через компенсирующий элемент, строит изображение прямой линии.

Во время сканирования спектра изменяется значение кри1визны линий соответственно с изменением длины волны излучения, поступающего в выходную щель. Для компенсации кривизны линий других длин волн (А и 2) с меньшей или с большей кривизной (стрелки h и hz) лучи входят и компенсирующий элемент соответственно :на меньшем (точки ) или большем (точки ) расстоянии от вершины клина. Таким образом компенсирующий элемент перемещается в направлении, перпендикулярном выходной щели и оптической оси, изменяя тем самым расстояние от вершины клина до проходящих через него лучей, поступающих в выходную щель. Наиравление перемещения компенсирующего элемента указано стрелками на фиг. 1. Выходная щель 7 должна перемещаться на незначительное расстояние вдоль оптической оси. Размеры компенсирующего элемента невелики: ширина его не на много больше высоты щели.

При помощи компенсирующего элемента возможно устранение абберации - кривизны иоля, вносимой оптикой монохроматора. Исправление кривизны поля достигается путем расчета разнотолщинности фигуры, получающейся в сечении компенсирующего элемента меридианальной плоскости. Полная компенсация кривизны спектральных линий устраняет указанные недостатки известных монохроматоров и дает возможность трудоемкие в изготовлении кривые щели заменить на прямые щели, простые в изготовлении; увеличить дисперсионную разрешающую способность монохроматоров; увелич ить высоту щелей, а значит, и светосилу монохроматоров; расширить спектральный диапазон монохроматоров; исправить поля, что приводит к увеличению абберационной разрешающей способности монохроматоров.

Формула изобретения

ДА

/VlnunvnoM ОТАП поп г плг птттгтн ПУЛ л

выходную щели, коллиматорный и камерный объективы, диснергирующую систему и компенсирующий элемент, отличающийся тем, что, с целью упрощения компенсации кривизны спектральных линий на всем спектральном диапазоне при любой диспергирующей системе, компенсирующий элемент выполнен в виде оптического клина, преломляющими гранями которого являются поверхности второго порядка, в частности прямых круговых конусов, оси которых лежат в плоскости главного сечения клина под углом одна к другой от 2° до 40°, причем оптический клин установлен перед выходной щелью с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном выходной щели и оптической оси, а плоскость главного сечения его пепендикулярна выходной щели.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе:

ut, 1

Уиг.З

СригЛ

П