Растровый спектрометр с селектив-НОй МОдуляциЕй Советский патент 1981 года по МПК G01J3/12 

1

Изобретение относится к области технической физики, а именно к спектральным приборам и может быть использовано при проведении точных спектрометрических измерений.

Известен растровый спектрометр с селективной модуляцией,содержащий , монохроматор, одинаковые входной и выходной растры, системы исключения достоянной составляющей и приемнорегистрирующую систему ГП.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является растровый спектрометр с селективной модуляцией, содержащий коллиматорны и фокусирующий объективы, входной и выходной растры,.состоящие из одинаковых по размерупрямоугольных прозрачных и непрозрачных элементов, расположенных в соответствии с состоящей из +1 и -1 кодовой последовательностью Баркера, диспергирующую систему, систему исключения постоянной составляющей и приемно-регистрирующую систему Г2 .

Недостатком известного спектрометра является низкая чувствительность и точность измерений за.счет наличия побочных максимумов в контуре аппаратной функции.

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности спектрометрических измерений за счет полного устранения побочных максимумов в

контуре аппаратной функции.

Указанная цель достигается тем, что в известном растровом спектрометре с селективной модуляцией, содержащем коллиматорный и фокусирую-.

щий объективы, входной и.вьисодной растры, состоящие из одинаковых по размеру прямоугольных прозрачных и непрозрачных элементов, диспергирующую систему, систему исключения постоянной составляющей и приемно-регистрирующую систему, рабочие зоны входного и .выходного растров содержат неодинаковое количество элементов в направлении дисперсии, а прозрачные и непрозрачные элементы в у обоих растрах расположены в соответствии с одной и той же предельно компактной циклической последовательностью периода RQ N , где NQ - период последовательности, а N - число разрешаекяах спектральных интервалов.

При этом один иэ растров спектрометра соответствует части последова NO-

тельности, содержащей N

элементов, начиная с элемента, следующего за серией из наибольшего для данной последовательности числа п подряд идущих нулей, а другой растр соответствует части этой последовательности , содержащей 2 {N - 1) +(, элементов, а также входной и выход-, -ной растры со ержат по 2К|д-1 элемевтов, а во входной фокальной плоскост монохроматора установлена диафрагма, ограничивающая рабочее поле входного растра fJ(j элементами.

На фиг.1 представлена схема растрового спектрометра; на фиг.2 - предельно компактная циклическая последовательность при fTj, 7, где пе|)иод последовательности; Й-, - число элементов входного растра; Kf,j - число элементов выходного растра;п-наибльшее число подряд идущих нулей; на фиг.З - входной растр;на фиг.4 - выхдной растр;на фиг.З и 6 представлены функции пропускания растрового спектрометра при работе выходного растра на пропускание и отражение, соответственно, где - длина волны; на фиг.7 - результирующая аппаратная функция предлагаемого спектрометра; на фиг.8 - схема растрового спектрометра с селективной модуляцией; на фиг.9 - предельно компактная циклическая последовательность при Ng 7, где NQ- период последовательности, равный количеству N цазрешаемых спектральных интервалов; N и NQ - количество элементов, соответственно, входного и выходного растров; на фиг.10 - входной растр и ограничиваюгчая его рабочее поле диафрагма; на фиг.11 - -выходной растр, построенный как и входной в соответствии с указанной последовательностью.

Растровый спектрометр с селективной модуляцией (фиг.1) содержит входной растр 1, монохроматор, включающий объектив 2, диспергирующую систему 3, объектив 4, выходной раст 5, систему исключения постоянной составляющей, которая содержит зеркальные объективы 6 и 7, модулятор 8 и приемник 9 излучения. Диспергирующая система 3 выполнена в виде дифракционной решетки. Непрозрачные элементы выходного растра 5 выполнены зеркальными. Модулятор 8 имеет зеркальные ламмели. Входной 1 и выходной 5 растры построены, например на основе линейной рекурентной последовательности максимального периода Fi (N последовательность,которая является частным случаем предельно компактной циклической последовательности). Прозрачные и- непрозрачные элементы в обоих растрах чередуются в соответствии с одной и той же линейной рекурентной последовательностью периода, например N(3 , где п + 1) степень ее характеристического примитивного многочлена.Линейная

рекурентная последовательность такого вида является частным случаем предельно компактной циклической ко- довой последовательности. В варианте конкретного выполнения растров NQ 7 (фиг. 2).

5 Растровый спектрометр с селективной модуляцией по второму варианту (фиг.8) содержит входной растр 10, диафрагму 11, коллиматорный объектив 12, диспергирующую систему 13,

o фокусирующий объектив 14, выходной растр 15, систему исключения постоянной составляющей,которая содержит зеркальные объективы 16,17 и модулятор 18, и приемник излучения 19.

5 Диспергируквдая система 13 представляет собой дифракционную решетку. Непрозрачные элементы выходного растра 15 выполнены зеркальными. Модулятор 17 имеет зеркальные ламмели.

Q Входной растр 10 и выходной растр 15 построены в данном случае, в соответствии с линейной рекурентной последовательностью максимального периода NQ -1 , где () - сте пень ее характеристического многочлена.Указанная линейная рекурентная последовательность является частным случаем предельно компактной циклической последовательности периода NQ N , где N - количество разрешаемых спектральных интервалов, В варианте конкретного выполнения растров (фиг.9). В соответствии (так как растры содержат по 2NQ-1 элементов) число элементов

5 входного и выходного растров П N 13 (см.фиг.10,11). Диафрагма 11 установлена в фокальной плоскости коллиматорного объектива12 и ограничивает рабочее поле входного растра NQ элел ментами.

Устройство по первому варианту выполнения работает следующим образом.

Излучение от исследуемого источника (на чертеже не. показан) проходит через щели входного растра 1, попадает в объектив 2, который формирует параллельный пучок и посылает его на диспергирующую систему 3. 0 Разложенное диспергирующей системой 3 излучение попадает на объектив 4, который строит ряд смещенных относительно друг друга монохроматических изображений входного растра на 5 выходном растре 5. Из всех изображений только одно, соответствующее длине волны настройки Ig , в точности совпадает с fi, -элементами выходного растра 5, повторяющими N1 -элементов входного растра. Для этой длины волны ( Я-о ) величина проходящего через выходной растр светового потока FQ пропорциональна .- 2. Для других длин волн световой поток

5 Р- 2 Тогда в свете, отраженном от зеркальных элементов выходного растра, для X.Q световой поток 0 в то время как для остальных длин волн по-прежнему F, , Проходящий и отраженный потоки F и Iv, (фиг. 5 и фиг. 6) зеркальными объективами б и 7 направляются на вращающий ся модулятор 8 с зеркальными ламмеля ми. При вращении модулятора 8 на при емник излучения 9 поочередно поступа ют световые потоки, отраженные от растра 5 и прошедшие через него. При емно-регистрирующая система, настрюе ная на частоту модуляции,регистрируе разность F -F, F. -F. .e. только переменный сигнал от светового потока с длиной волны настройки XQ (фиг.7). Изменение этой длины волны, т.е. сканирование спектра &су ществляется разворотом дифракционной решетки 3. Устройство по второму варианту ра ботает следующим образом. Излучение от исследуемого источни ка проходит через щели выходного рас тра 10, диафрагму 11, попадает на коллиматорный объектив 11, который формирует параллельный пучок и посыла ет его на диспергирующую систему 13. Разложенное в спектр диспергирую щей системой 13 излучение попсщает на фокусирующий объек.тив 14, который строит ряд смещенных относительно друг друга монохроматических изображений ограниченного диафрагмой 11 входного растра 10 на выходном растре 15. Из всех изображений только одно, соответствующее длине волны нас,тройки XQ , в точности совпадает с NQ -элементами выходного растра 15 повторяющими NQ-элементов рабочего поля входного растра 10, ограниченного диаЛрагмой 11. Для этой длины волны излучения величина проходящего через выходной растр светового потока FQ пропорциональна NC . 2. Для других длин волн световой поток F,- NpQ/Z. Тогда в свете, отраженчwDном от зеркальных элементов выходного растра, для Д. световой потрк Fg О, в то время как для остальных длин волн по-прежнему F N(4g /2. Проходящий и отраженный потоки и f j (фиг. 5 и 6) зеркальными объективами 16 и 17 направляются на вращающийся модулятор 3s8 с зеркальными лам мелями. При вращении модулятора 18 на приемник излучения 19 поочередно поступают световые потоки, отраженные от растра 15 и прошедшие через него. Приемно-регистрируюЩая система настроенная на частоту модуляции, регистрирует разность F -F,j Fg+F, т.е.только переменный сигнал от светового потока с длиной волны настрой ки - Хд (фиг.7). Изменение этой длины водны, т.е. сканирование спектра осуществляется перемещением входного растра 10. Предлагаемый растровый спектрометр с селективной модуляцией позволяет повысить чувствительность и точность спекгрометрических измерений за счет полного устранения побочных максимумов в контуре аппаратной функции. Формула изобретения 1.Растровый спектрометр с селективной модуляцией, содержащий монохроматор, входной и выходной растры, состоящие иэ одинаковых по размеру прямоугольных прозрачных и непрозрачных элементов, систему исключения постоянной составляющей и приемнорегистрирующую систему, отличающийся тем,что, с целью повышения чувствительности и точности спектрометрических измерений за счет полного устранения побочных максимумов в контуре аппаратной функции, рабочие зоны входного и выходного растров содержат неодинаковое количество элементов в направлении дисперсии, а прозрачные и непрозрачные элементы в обоих растрах расположены в соответствии с одной и той же предельно компактной цикли7 ческой последовательностью периода N(j N , где HQ- период последовательности ;N - число разрешаемых спектральных интервалов. 2.Спектрометр по п.1, о т л и чающийся тем, что один из растров соответствует части последовательности, содержащей элементов , начиная с элемента, следующего за серией из наибольшего для данной последовательности числа п подряд идущих нулей, а другой растр соответствует части этой последов ательности, содержащей N 5-2 («-1 )+Й, элементов. 3.Спектрометр по п.1, отличающийся тем, что входной и выходной растры содержат по 2flg-1 элементов, а во входной фокальной плоскости мбнохроматора установлена диафрагма, ограничивающая рабочее поле входного растра NQ.элементами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 Чиков Н.К. Исследование возможности построения спектрометра с растрами построчно-хаотического типа, Л. ,. ЛИТМО, 1971. 2.Лебедев В.П Растр из кодов Баркера для спектрометра с растровой селективной модуляцией. Оптика и спектроскопия, 1975, вып.Г, т.38, с.170.

iJTT

тт I I

LL

Фаг.З

W,/,./

Фцг.7

niT.,.