Спектрометр Советский патент 1982 года по МПК G01J3/02 

(54) СПЕКТРОМЕТР

1

Изобретение относится к спектральному приборостроению и может быть использовано в спектральной аппаратуре с фотоэлектрической регистрацией спектра.

Известны спектрометры, в которых для уменьшения рассеянного в них света, искажающего регистрируемый спектр, применяют двойные и тройные монохроматоры 1.

Такие спектрометры ослабляют рассеянный в них свет, но не обеспечивают его полного устранения. Поэтому в ряде случаев например, при интенсивном лазерном возбуждении спектров комбинационного рассеяния и люминесценции, рассеянное в приборе излучение лазера может вызвать искажения спектрограмм. Кроме того, применение двойных и тройных монохроматоров сильно усложняет конструкцию спектрометров и увеличивает стоимость их изготовления. Это препятствует использованию таких спектрометров в малогабаритной спектральной аппаратуре для контроля окружающей среды.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является спектрометр содержащий монохроматор, входная щель которого разделена по высоте на две части,

перед одной из частей установлен нейтральный светофильтр, а на выходе - приемник излучения 2.

Основной недостаток спектрометра с простым монохроматором состоит в значительных искажениях спектра, вызванных рассеянным светом. Особенно сильные искажения спектра возникают, если интенсивность одной из спектральных составляющих излучения значительно превосходит интенсивность остальных, например при регистрации спектров комбинационного рассеяния и лазерной люминесценции.

Целью изобретения является уменьшение искажений регистрируемого спектра путем исключения рассеянного света с заданной )5 длиной волны.

Поставленная цель достигается тем, что в спектрометре, содержащем монохроматор, входная щель которого разделена по высоте на две части, перед одной из частей установлен нейтральный светофильтр, а на выходе - первый приемник излучения, перед другой частью входной щели установлен дополнительный светофильтр с заданной длиной волны пропускания, коэффициент пропускания нейтрального светофильтра равен

коэффициенту пропускания дополнительного светофильтра, на выходе установлен и оптически сопряжен с дополнительным светофильтром второй приемник излучения, а выходы приемников излучения включены по схеме вычитания сигналов.

На чертеже изображен вариант схемы предлагаемого спектрометра.

Спектрометр состоит из светофильтров 1 и 2, установленных перед верхней и нижней половинами входной щели 3, коллимирующего 4 и фокусирующего 5 объективов, плоской отражательной дифракционной решетки 6, выходной щели 7 и фотоприемников

8и 9, размещенных за верхней и нижней половинами выходной щели. Дифракционная рещетка 6 установлена с возможностью поворота вокруг оси , проходящей через ее центр и параллельной ее щтрихам. В качестве диспергирующего элемента может быть также использована призма.

Спектрометр работает следующим образом.

Входная ще.ть 3 освещается исследуемым излучением, которое предварительно проходит через светофильтры 1 и 2. Причем один из светофильтров, например 1, пропускает только излучение с заданной длиной волны, а светофильтр 2 - излучение всех длин волн регистрируемого спектрального диапазона, ослабляя при этом излучение с заданной длиной волны в такой же степени, как и первый светофильтр. После прохождения объектива 4 и дифракции на решетке 6, излучение попадает на фокусирующий объектив 5, который строит монохроматические изображения входной щели в плоскости выходной щели 7. Сканирование спектра осуществляется поворотом дифракционной рещетки вокруг оси, проходящей через ее центр и параллельной щтрихам.

В процессе сканирования при определенном положении решетки на фотоприемник 8 поступает дифрагировавщее излучение с заданной длиной волны, а на фотоприемник

9последовательно поступает дифрагировавшее излучение всех длин волн регистрируемого спектра. Кроме того, при всех положениях решетки на оба фотоприемника поступает рассеянное в приборе излучение с заданной длиной волны. В результате вычитания сигналов, приходящих на верхний и нижний фотоприемники, диспергированное излучение с заданной длиной волны и составляющие рассеянного света с этой длиной волны исключаются из регистрируемой спектрогра.адмы.

В случае подавления рассеянного света от лазерного источника возбуждения, полоса пропускания светофильтра выбирается равной щирине полосы генерации лазера.

Существующие полосовые поглощающие светофильтры не обеспечивают полного исключения рассеянного света с заданной длиной волны, причем, с ростом коэффициента поглощения, сложность изготовления этих светофильтров увеличивается, а коэффициент пропускания светофильтра для остальных длин волн уменьшается. Поэтому на практике предпочтение отдается двойным и тройным монохроматорам, которые позволяют получить меньщий уровень рассеянного света, чем полосовые фильтры.

В предлагаемом устройстве один полосовой пропускающий фильтр также не обеспечивает полного устранения рассеянного света, так как через верхнюю и нижнюю половины выходной щели проходят различные по интенсивности потоки излучения, что приводит к разному уровню рассеянного света на фотоприемниках и к неполной его компенсации. Поэто.му в предлагаемом устройстве кроме полосового используется нейтральный светофильтр, который позволяет уравнять потоки рассеянного света, приходящего на

фотоприемники. В результате этого обеспечивается полная ко.мпенсация рассеянного света с заданной длиной волны.

В этом случае не требуется полосовой фильтр с предельно высоким коэффициентом пропускания.

Предлагаемое устройство позволяет существенно улучшить качество спектральной аппаратуры, предназначенной, например, для регистрации спектров комбинационного рассеяния и люминесценции. При использоваНИИ устройства упрощаетсяся анализ спектрограмм и повыщается его достоверность. Следует отметить, что такое устройство .может быть использовано также при многоканальной фотоэлектрической регистрации спектров, например, в квантометре.

Предлагаемый спектрометр значительно проще по конструкции, чем спектрометры с двойными и тройными монохроматорами, что дает возможность при.менять его при создании малогабаритной спектральной аппаратуры, предназначенной, например, для контроля окружающей среды.

Формула изобретения

Спектрометр, содержащий монохроматор, входная щель которого разделена по высоте на две части, перед одной из частей установлен нейтральный светофильтр, а на выходе- первый приемник излучения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения искажений регистрируемого спектра путем исключения рассеянного света с заданной длиной волны, перед другой частью входной щели установлен дополнительный светофильтр с заданной длиной волны пропускания, коэффициент пропускания нейтрального

светофильтра равен коэффициенту пропускания дополнительного светофильтра, на выходе установлен и оптически сопряжен с дополнительным светофильтром второй приемник излучения, а выходы приемников излучения включены по схеме вычитания сигналов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № 112400, кл. G 01 J 3/02, 1969.