Дифракционный монохроматор Советский патент 1981 года по МПК G01J3/18 

Изобретение относится к спектраль ным приборам и может быть использова но в научных и заводских лаборатория во всех исследованиях, требующих выделения узкого по спектральному диапазону излучения. И звестны монохроматоры с вогнутыми дифракционными решетками, предназ наченные для работы в различных областях спектра 1. При достаточно хорошей фокусировке спектров в широкой области длин волн все они либо имеют сложный механизм сканирования либо дают изображение с большими аберрациями. Эти недостатки устранены в монохроматорах с вогнутой дифракционной решёткой, с переменным шагом, сканирование спектра в которых осуществля ется поворотом решетки вокруг вертикальной оси, проходящей через ее вершину при неподвижных шелях. Наиболее близким по техническому решению к изобретению является моно хроматор с углом отклонения не боле 45° 21 . Он содержит вогнутую дифра ционную решетку с переменным шагом, неподвижные входную и выходную щели механизм сканирования спектра, обес почивающий поворот решетки вокруг вертикальной оси, проходящей через ее вершину, причем расстояние от центра решетки до входной щели равно 0,9-1,1 радиуса кривизны решетки, а коэффициент неравномерности шага решетки выбран из условия минимальной расфокусировки. Снижение аберраций достигается малым значением угла отклонения, а уменьшение расфокусировки - оптимсшьным значением коэффициента неравномерности шага решетки . Однако в этом монохроматоре остаточная расфокусировка достаточно велика. Она снижает разрешающую силу монохроматора, Целью изобретения является уменьшение остаточной расфокусировки. Эта цель достигается тем, что в монохроматоре, содержащем вогнутую дифракционную решетку с переменным шагом, оптически связанную с неподвижными входной и выходной щелями, и механизм сканирования спектра, обеспечивающий поворот решетки вокруг вертикальной оси, проходящей через ее вершину, между дифракционной решеткой с переменным шагом и выходной щелью по ходу лучей установлено вогнутое зеркало, а расстояние от входной щели до центра дифракционной решетки равно 0,1-0,4 радиуса кривизны решетки.

Условие фокусировки - спектра дл вогнутой решетки с переменным шагом имеет вид F PCOS- X. + Р cosjb -COSO6-CO ( S i nQi+

s i n Ь) d ,

где ос и jb - соответственно углы падения и дифракции;

„I R R

р ш-; - - радиус кривизны решетки;

г и п - расстояния от входной щели до центра решетки и от последней до выхоной щели;

А - коэффициент, характери зующий неравномерность шага решетки.

Это условие фокусировки наиболее точно выполняется во всем диапазоне сканирования выбором таких значений отрезков схемы г и г , а также коэффициента А, которые удовлетворяют следующей системе уравнений:

Э Т i Э г 2 г-$ 0;r--TiF d4 Oi|-lFV,

ар

ЗР

ах

Ч),

Ч),

н,

где 4J - угол поворота дифракционной решетки от положения,- соответствующего нулевом порядку спектра;

Ч , 4J. - значения угла Ч соответственно в начале и в конце диапазона сканирования. Выражения для р, р и Л весьма громоздки и указанная система уравнений решается на ЭВМ. В зависимости от пределов угла поворота решетки при небольших углах отклонения решение 3Tofi системы уравнений дает значения отрезков г равное 0,1-0,4 радиуса кривизны решетки и отрицательное значение отрезков г , т.е. мнимое изображение входной - щели. Для получения действительного изображения устанавливается вогнутое зеркало.

На чертеже изображена схема дифракционного монохроматора.

Монохроматор содержит неподвижные выходную 1 и выходную 2 щели, вогнутую дифракционную решетку J с переменным шагом, вогнутое зеркало 4 н механизм сканирования спектра 5.

Устройство работает следующим образом .

Излучение, вошедшее в монохроматор через входную щель 1, падает на вогнутую дифракционную решетку 3. Дифрагированное излучение расходящимся пучком падает на вогнутое зеркало 4 и фокусируется последним на выходной щели 2 .

Механизм сканирования спектра 5 1ожет быть выполнен в виде синусног механизма, что обеспечит линейную зависимость длин волн излучения, выводимого на выходную щель, от угла поворота барабана синусного механизма .

Оптимальные значения отрезков схемы и коэффициента 1еравномерности

0 шага решетки позволяют значительно снизить остаточную расфокусировку по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Дифракционный Монохроматор, содержащий вогнутую дифракционную решетку с переменным шагом, оптически связанную с неподвижными входной и выходной щелями, и механизм поворота решетки вокруг вертикальной оси, проходящей через ее вер1иину, отличающийся тем, что, с целью уменьшения расфокусировки, Между дифракционной решеткой с переменным шагом и выходной щелью по ходу лучей установлено вогнутое зеркало, а расстояние от входной щели до центра дифракционной решетки равно О , 1-0,4 радиуса кривизны решетки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Пейсахсон и.в. Оптика спектральных приборов. Л., Машиностроение, 1975, с. 230.

2. Авторское свидетельство ССС № 556347, кл. G 01 J 3/18, 1977

(прототип).