Дифракционный монохроматор Советский патент 1982 года по МПК G01J3/18 

1

Изобретение относится к спектральным приборам, а более конкретно к дифракционным мЬнохроматорам, и может быть использовано в научных и заводских лабораториях, в исследованиях, требующих выделения узкого по спектральному диапазону излучения.

Известны монохроматоры с пло.ской дифракционной решеткой, работающей в сходящемся пучке лучей.ГТ.

При достаточно малом количестве оптических деталей механизм сканирования спектра в них должен обеспечивать поворот решетки с одновременным поступательным ее смещением, либо при повороте решетки - обеспечивать перемещение одной из щелей. Это усложняет механизм сканирования спектра. Кроме того, в монохроматорах с целью коррекции аберраций установлены сложные линзы.

Наиболее близким к изобретению является монохроматор, содержащий

плоскую дифракционную решетку, вогнутое зеркало, неподвижные входную и выходную щели и механизм сканирования спектра 2.

Недостатком известного монохроматора является низкое качество изображения.и сложный механизм сканирования спектра.

Цель изобретения - упрощение механизма сканирования и улучшение

10 качества изображения.

Указанная цель достигается тем, что в монохроматоре, содержащем плоскую дифракционную решетку, вогнутое зеркало, неподвижные входную

15 и выходную щели и механизм сканирования спектра для поворота решетки, выходная щель расположена за вогнутым зеркалом по ходу лучей так, что центр этой щели расположен на прямой,

20 проходящей через центр дифракционной решетки и вершину вогнутого зеркала.

При таком расположении элементов оптической системы ось вращения дифракционной решетки неподвижна и проходит через центр дифракционной решетки, а расфокусировка на выходн щели отсутствует. Это видно из следующей формулы г -г i, costd. где d и fb - углы падения и дифракци соответственно; г - расстояние по оси пучка от решетки до изображения входной щели, давае мого вогнутым зеркалом , г- расстояниеОТ решетки до монохроматических изображений щели. ПРИ ЭТОМ астигматизм 1-го порядка плоской решетки также отсутствуе Остаются аберрации 2-го порядка, из которых наибольшую величину имеет меридиональная кома. Последняя (ожет быть значительно уменьшена за счет использования дифракционной решетки с переменным шагом, изменяю щимся пропорционально квадрату координаты у точки на поверхности решетки в направлении, перпендикулярном штрихам. Расстояние между соседними штрихами плоской дифракционной решетки можно записать следующим образом (1)) , (2) где Q- расстояние между соседними штрихами в центре решетки (при -i 0)) 1| - коэффициент неравномерност шага решетки. Член разложения функц.ии оптического пути, характеризующий меридиональную кому плоской решетки, рабо тающей в сходящемся пучке лучей в автоколлимации, имеет вид 2 sin Ч 4 . . .„ , А) sin Ч, ( где - угол ааДения, равный углу дифракции и углу поворота решетки,. Г - расстояние от центра решетки до изображения входной щ ли, даваемого вогнутым зеркалом, равным расстоянию от центра решетки до выходной щели. Меридиональная кома будет минимальной во всем диапазоне сканирова ния спектра при коэффициенте неравномерности шага решетки, определяемом из уравнения , где и Ц , - значение угла Ч в начале и в конце диапазона сканирований). Решение этого уравнения имеетт , aCM) - аСЧ,) 3 . ) - ЬТЧ:,) 8FI где аСЧ) J - -J- sin 44- , Ь(} Ц - 1 sin . Данная функция справедлива для сходящегося гомоцентрического пучка, который может быть получен с помощью эллипсоидального зеркала. На чертеже изображена схема дифракционного монохроматора. Монохроматор содержит неподвижные входную 1 и выходную 2 щели, плоскую дифракционную решетку 3 с переменным шагом, вогнутое зеркало и механизм 5 сканирования спектра. Излучение, вошедшее в монохроматор через входную щель 1, падает на вогнутое зеркало и, отразившись от него, сходящимся пучком падает на плоскую дифракционную решетку 3. Дифрагированное излучение фокусируется на выходной щели 2. Механизм 5 сканирования спектра обеспечивает поворот дифракционной решетки вокруг оси О, проходящей через ее центр. Предложенная схема монохроматора при всей простоте механизма сканирования спектра и при использовании дифракционной решетки с оптимальным коэффициентом неравномерности шага позволяет получить высокое качество изображения спектра. Например, при повороте решетки от Mi 1,03° до Ч- 10,37 при /г/ 525 мм, -О 0,533 10 ширине решетки 2 /у/ 50 мм поперечные аберрации изменяются в пределах от cfy -0,00 мм до dV 0,008 мм, тогда как в известном устройстве при аналогичных условиях они принимают значения от с/у -О,Об мм до Лу -0,632 мм. Формула изобретения Дифракционный монохроматор, со- держащий плоскую дифракционную решетку, вогнутое зеркало, неподвижные входную и выходную щели и механизм сканирования спектра для поворота решетки, отличающийся те что, с целью упрощения механизма сканирования спектра и улучшения качества изображения, выходная щель расположена за вогнутым зеркалом по ходу лучей так, что центр этой щели расположен на прямой, проходя6щей через центр дифракционной решетки и вершину вогнутого зеркала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Пейсахсон И.В. Оптика спект- , ральных приборов. Л., Машиностроение, 1975, с. 262. 2.Авторское свидетельство СССР №263930, кл. F 01 J 3/12, 1968.