Дифракционный монохроматор Советский патент 1983 года по МПК G01J3/18 

Изобретение относится к спектральным приборам, а более конкретно к монохроматорам с двойной дисперсией, и может быть использовано в опти-, ческих устройствах для получения монохроматического иэлучен.ия, а также в спектрометрах для ультрафиолетовой области спектра.

Известны дифракционные монохроматоры со сложением дисперсии двух вогнутых дифракционных решеток }

В этих приборах фокусировка диспергированных от решеток пучков излучения происходит вблизи кругов Роуланда, что ограничивает относительное отверстие и светосилу прибора. На обычных сферических дифракционных решетках наибольшее относительное отверстие (до 1:8) имеют монохроматоры, у которых угол между падающим и дифрагированным пучком составляет около 70. Но приборы этого типа обладают очень большим астигматизмом (до 0,7 от высоты штриха решетки), что в конечном итоге вызывает уменьшение потока излучение, выходящего из монохроматора. Наименьшими аберрациями обладают спектральные приборы нормального падения, но в этом случае

относительное отверстие прибора не более 1:12.

Наиболее близким к предложенному по техническому решению является дифракционный монохроматор, содержащий входную и выходную щели две вогнутые дифракционные решетки, кинематически связанные со сканирующим механизмом и установленные лицевыми сторонами

10 друг к другу и вершинами на общей оптической оси U 2.

Недостатком этого монохроматора является ограниченная рабочая область спектра, малое относительное отверс15тие и светопропускание.

Цель изобретения - расширение рабочей области спектра, увеличение относительного отверстия и увеличение светопропускания MOHOxpoMiaTopa,

20

Указанная цель достигается тем, что в монохроматоре, содержащем входную и выходную щели, две вогнутые дифракционные решетки, кинемати чески связанные со сканирующим меха25низмом и установленные лицевыми сторонами друг к другу и вершинами на общей оптической оси, решетки выполнены с отверстиями в их центральных зонах, входная и выходная щели совме30щены с фокальными поверхностями решеток и размещены на общей с вершин ми решеток оптической оси, а сканирующий механизм выполнен так, что о обеспечивает возможность синхронногё встречного разворота решеток. Кроме того, для устранения засве ки выходной щели прямым, не раэложе ным в спектр излучением на оптической оси MOHo: ipoMaTopa между решетка установлен непрозрачный экран. На чертеже изображена оптическая схема монохроматора. Монохроматор содержит входную щель 1, вогнутые решетки 2 и 3,вершины которых расположены на оси,про ходящей через входную 1 и выходную щели. Щели неподвижны. Решетки 2 и установлены лицевыми сторонами встре но и соединены кинематически со ска нирутощим механизмом 5, осуществляющим синхронный разворот решёток. В центре решеток имеются отверстия для ввода и вывода излучения. Между решетками на оптической оси установле непрозрачный экран 6. Устройство работает следующим образом. Излучение через входную щель 1, установленную в фокальной плоскости решетки 3, направляется расходящимся пучком на решетку. Решетка 3 дает дифракционный спектр излучения в виде параллельных пучков, расположенны в зависимости от длины волны излучения под разными углами к лицевой сто роне решетки. Монохроматические параллельные пучки излучения падают н решетку 2, вторично диспергируются ею и этой же решеткой фокусируются на выходной щели 4. Сканирование спектра осуществляется синхронным поворотом решеток 2 и 3 навстречу друг другу вокруг осей О к О, проходящих через их вершины параллельно штрихам. Угол по ворота решеток одновременно является углом падения и дифракции. Поэтому основная длина волны на выходе монохроматора равна 2о S t пд где Л - основная длина волны; а - постоянная решеток; 1 угол поворота решеток; К - порядок спектра. Фокусировка спектрального изображения в этом случае описывается прос тым уравнением .-J, е е исо5д где t - расстояние от входной щели до вершины коллимирующей решетки 3; расстояние от вершины фокусирующей решетки 2 до мериди онального фокуса, г - радиус сферических решеток. Расфокусировка, возникающая при повороте решеток 2 и 3, полностью устраняется,, если одновременно вершины решеток смещаются по закону Ьг созд Такой способ сканирования легко осуществляется косинусным механизмом. При работе в вакуумном ультрафиолете , в узких спектральных областях / ,г 3, и в случаях, когда отдельные требования к прибору понижены, можно пренебречь расфокусировкой спектра и сканирование осуществлять простым поворотом решеток., В конструкцию монохроматора введен непрозрачный экран 6, который предотвращает прямую засветку выходной щели. Для уменьшения светорассеяния этот экран лу.чше всего выполнить в виде полрго конуса, который является эффективной ловушкой неразложенного излучения. Рабочая область монохроматора охватывает весь ультрафиолет, относительное отверстие в предложенном монохроматоре при использовании обычных сферических решеток не менее чем 1:6. В предложенном устройстве используется минимальное количество оптических поверхностей при наличии двойной дисперсии. Поэтому светопропускание монохроматора в несколько раз выше, чем у существующих конструкций, и определяется только эффективностями дифракционных решеток. К положительным качествам устройства следует также отнести его конструктивную компактность. Самый большой линейный размер немного превышает половину радиуса кривизны решеток. Таким образом, отверстия в дифракционных решетках позволяют разместить элементы монохроматора на одной оптической оси и сократить до минимума количество оптических поверхностей предложенного монохроматора с двойной монохроматизацией, в результате чего расширяется спектральная область работы прибора и увеличивается светопропускание. Установка входной и выходной щелей в фокусах дифракгГиоНных решеток Удваивает относительное отверстие монохроматора. Формула изобретения Дифракционный Монохроматор, содержащий входную и выходную щели, две вогнутые дифракционные решетки, кинематически связанные со сканирующим механизмом и установленные лицевыми сторонами друг к другу и вершинами на общей оптической оси, о т л и ч а ю щ и и. с я тем, что, с целью

расширения рабочей области спектра, увеличения относительного отверстия и свётопропускания прибора, решетки выполнены с отверстиями в их центральных зонах, входная и выходная щели совмещены с фокальными поверхностями решеток и размещены на общей с вершинами решеток оптической оси, а сканирующий механизм выполнен так, что он обеспечивает воз

.сть синхронного встречного разворота решеток.

Источники информации, лринятые во внимание при экспертизе 1. Зайдель А.И., Шрейдер Е.Я. Вакуумная спектроскопия и её применения. М., Наука, 1976, с. 174.. 2. Авторское свидетельство СССР 504100, кл. G 01 J 3/18, 1974.