Способ определения относительной интенсивности дефекта спектрального изображения, образуемого дифракционной решеткой Советский патент 1982 года по МПК G01J3/40 

(5) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ ДЕФЕКТА СПЕКТЧАЛЬНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ,, ОБРАЗУЕМОГО

1

Изобретение относится к технике измерения спектральных характеристик дифракционных решеток и может быть использовано для измерения интенсивности дефектов спектрального изображения, .образуемого дифракционными решетками.

Известно, что дифракционные решетки, изготовленные на делительных машинах, имеют случайные ошибки деления , ведущие к искажениям волнового фронта, формирующего спектральное изображение, а следовательно к дефектам спектрального изображения. Деформации волнового фронта могут быть представлены в виде суммы гармонических компонентов, зависящих от амплитуды и пространственной циклической частоты следования ошибки по ширине заштрихованной поверхности решетки.

Поскольку амплитуда и частота ;ошибок изменяются по случайному ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКОЙ

закону, дефекты(духиV частично переналагаются и интерферируют как между собой, так. и со вторичными дифракционными максимумами, соответствующими дифракции Фраунгофера на прямоугольной апертуре дифракционной решетки. В результате в окрестности спектральных линий образуется характерная лийейчатая структура, интенсивность которой существенно меня10ется от точки к точке.

Известен способ определения интенсивности спектральных линий, coi- ласно которому в качестве марок по15чернения используются вторичные дифракционные максимумы дифракционной .картины на щели ПД.

Недостатком способа является

20 то, что он не. дает возможность разделить интенсивность дефекта и наложенного на него вторичного дифракционного максимума.

Наиболее близким По технической сущности к изобретению является способ определения относительной интенсивности дефекта спектрального изображения, образуемого дифракционной решеткой, основанный на фотометрировании линейчатого спектра реШеткиполученного на спектрографе.По этому способу спектр фотографируют через ступенчатый ослабитель, а затем определяют относительную интенсивность дефекта 2 .

Недостатком этого способа является низкая точность измерения дефекта спектрального изображения. Это связано с тем, что в способе также измеряется суммарная интенсивность дефекта спектрального изображения и вторично дифракционного максимума, что значительно снижает точность измерений, особеннсГ вблизи спектральны; линий, где интенсивность вторичных максимумов может до десяти и более раз превышать интенсивность дефекта спектрального изображения, вызванного ошибками деления дифракционной решетки.

Цель изобретения - повышение точности измерений относительной интенсивности дефекта спектрального изображения , образуемого дифракционной решеткой.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения относительной интенсивности дефекта спектрального изображения, образуемого дифракционной решеткой, основанному на фотометрировании линейчатого спектра решетки, полученного на спектрографе, перед решеткой устанавливают щелевую апертурную диафрагму, разворачивают изображение вторичных дифракционных максимумов спектральной линии относительно оси, проходящей через центр спектральной линии перпендикулярно плоскости дисперсии решетки, путем наклона апертурной диафрагмы, установленной перед решеткой, относит тельно направления ее штрихов до разделения дефекта спектрального изображения от изображения вторичных дифракционных максимумов.измеряют интенсивность дефекта, выделяют вторичный дифракционный максимум, равный по интенсивности дефекту спектрального изображения, определяют положение этого максимума относительно спектральной линии, а относительную интенсивность Р дефекта спектрального изображения вычисляют по формуле

i f JFX|(/l-t )COe (Ы COgfijC«ft

fASinoL

)r(-et ;A;C05((ctcOS)c09ft 1 ХЯпА J«

()

где X - расстояние между положением выделенного вторичного дифракционного максимума и спектральной линии; А - ширина заштрихованной поверхности решетки;

1 - длина штрихов заштрихованной поверхности;

р - угол дифракции света от решетки;

f - фокус спектрографа; Л - длина волны спектральной линии;

ct - угол наклона апертурной диафрагмы к штрихам решетки. Определение относительной интенсивности дефекта спектрального изображения по предлагаемому способу про- . водят в следующей последовательностиi

Исследуемую решетку, имеющую ширину заштрихованной поверхности А и длину штрихов 1, устанавливают в спектрографе с фокусом f под углом дифракции (Ь arcsin - (2),где N - число штрихов на 1 мм, К - порядок спектра, остальные обозначения те же, что ив формуле (lK Наблюдая визуально в фокальной плоскости спектрографа спектр решетки, разворачивают изображение вторичных дифракционных максимумов относительно оси, проходящей через центр спектральной линий перпендикулярно плоскости дисперсии путем наклона апертурной диафрагмы, установленной перед решеткой, относительно штрихов решетки до разделения дефекта спектрального изображения от изображения вторичного дифракционного максимума. Фиксируют угол наклона oL апертурной диафрагмы относительно штрихов решетки. Затем измеряют интенсивность дефекта спектрального изображения фотометрированием спектра. Выделяют вторичный дифракционный максимум., равный по интенсивности дефекту спектрального изображения без переналожения с вторичным дифракционным максимумом, и изме ряют расстояние х между положением деленного вторичного дифракционного максимума и спектральной линией. От носительную интенсивность дефекта спектрального изображения вычисляют по формуле (1), Обоснуем приведенную формулу(1). Относительная интенсивность вторичных дифракционных максимумов убывае по мере удаления их от центра спектральной линии в соответствии с выражениемгде X, А , f - то же, что в формуле С1 ), Aj- эффективная (наблюдаемая при повороте диафрагмы вместе с решеткой) (сирина щелевой апертурной диафрагмы. о Пусть первоначально при угле( дифракции решетки геометрическая ши рина диафрагмы равна - itg ot (k) где А, 1, «i- то же, что в формуле(1 При повороте диафрагмы вместе с решеткой на угол(Ь#0, меняются угол наклона боковых сторон диафрагмы к штрихам решетки oLjj и эффективная ши рина щелевой диафгармы А, наблюдае мые со стороны фокальной плоскости прибора. При этом можно записать ot(5 oL cos () АО COS Ь -i Sinol S-}notf Отсюда находим Ар Sin (oicos р) соэ|ь Подставляя С) и (6) в (3) находим выражение (1) для вычисления ин тенсивности дефектов спектрального изображения Р. П р и- м е р. Исследуемую плос кую дифракционную решетку 300 штр/м размером заштрихованной поверхности 30x30 мм ( мм - ширина за штрихованной поверхности решетки, 1 30 мм - длина штрихов заштрихованной поверхности решетки) устанав ливают в спектрографе с фокусом мм при угле дифракции р,525 для длины волны А 632,8 мм гелий-неонового лазера, служащего в качестве источника излучения спектрографа. При этом в фокальной плоскости спектрографа получают спектр решетки. Затем, наблюдая визуально в фокальной плоскости спектрографа спектр решетки, разворачивают изображение вторичных дифракционных максимумов относительно оси, проходящей через центр спектральной линии перпендикулярно плоскости дисперсии решетки, до разделения дефекта спектрального изображения от вторичных дифракционных максимумов путем наклона апертурной диафрагмы, установленной в спектрографе перед решеткой, относительно нат правления ее штрихов и фиксируют угол cjL наклона апертурной диафрагмы, который равен 17°..После этого фотографируют спектр решетки с разделением изображения вторичных дифракционных максимумов от дефекта спектрального изображения и измеряют фотометрированием спектра на микрофотометре интенсивность дефекта спектрального изображения и находят на этом же спектре решетки вторичный дифракционный максимум, равный по интенсивности дефекту спектрального изображения. Определяют расстояние X выбранного вторичного дифракционного максимума от спектральной линии и вычисляют относительную интенсивность дефекта спектрального изображения по формуле ( }, Относительная интенсивность дефекта спектрального изображения равна 0,1. Относительная погрешность измерений не превышает t 2, что позволяет на порядок повысить точность измерений по сравнению с известным способом за счет исключения переналожения дефекта спектрального изображения и вторичного дифракционного мак-симума, а также за счет использования при измерении в качестве эталона интенсивности вторичного дифракционного максимума, который полностью определяется дифракцией на щелевой апертур 4ой диафрагме и не зависит от ошибок деления решетки. Использование предлагаемого способа определения относительной интенсивности дефекта спектрального изображения дает возможностьпроведения работ по диагностике и устранению технологических причин, ведущих к образованию дефектов спектрал ного изображения в спектре решеток исходя из реального распределения дефектов по различным зонам спектрального изображения, мто позволило повысить качество дифракционных решеток, изготавливаемых на делительных машинах. формула изобретения Способ определения относительной интенсивности дефекта спектрального изображения, образуемого дифракцион ной решеткой, основанный на фотомет рировании линейчатого спектра решет ки, полученного на спектрографе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, перед решеткой устанавливают щелевую апертурную диа фрагму, наклоняют ее относительно направления ее штрихов до разделения дефекта спектрального изображения от изображения вторичных дифракционных мак симумов, измеряют интенсивность дефекта, выделяют вторичный дифракционный максимум, равный по интенсивности дефекту спектрального изоб ражения, определяют положение этого максимума относительно спектраль ной линии, а относительную интеность f дефекта спектрального ражения вычисляют по формуле 1д ПЛ ttqratjeo «.(cf eoS|)cM| УхЦА- tc5dL)co««iJ in (ct С09 ь;со9/ tAWn«t X - расстояние между положением выделенного вторичного дифракционного максимума и центром спектральной линии; ширина заштрихованной поверхности решетки; длина штрихов заштрихованной поверхности решетки; 5 - угол дифракции света от решетки;f - фокусное расстояние спектрографа;Д - длина волны спектральной линии; d- - угол наклона апертурной диафрагмы к штрихам решетки. Источники информации, ятые во внимание при экспертизе 1. Малышев В. И, Введение в экспентальную спектроскопию. М., Нау, 1979, с. 470- 71. 2. Строк Г. Теоретическое и эксментальное изучение двух аспекдифракции на оптических решет.Revue dOptique 39, W 7, I960, 7.