Спектроанализатор оптического излучения

 

СПЕКТРОАНАЛИЗАТОР ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий оптически связанные входную щель, диспергирующую систему и автоколлимационное устройство, отличающийся тем, что, с целью упрощения регистрации информации в широком спектральном интервале путем одновременной двумерной развертки спектра, автоколлимационное устройство выполнено в виде зеркально-линзового отражателя, представляющего собой линзовый объектив и систе из двух плоских зеркал, к оптического растра из прямоугольных уголковых отражателей, ребра которых расположены в фокальной поверхности линзового объектива перпендикулярно плоскости дисперсии между плоскими зеркалами, оптически связанными с растром, причем щель ограничена по высоте в соответствии с числом элементов растра.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3555300/18-25 (22) 22.02.83. (46) 30.04.84. Бюл. В 16 (72) В.П. Демченков, Л.H. Дерюгин и А.В. Чекан (71) Университет дружбы народов . им. Патриса Лумумбы (53) 535.853(088.8) (56) 1. Тарасов К.И. Спектральные приборы. Изд. 2-е, Л., "Машиностроение", .1977, с. 151.

2. Малышев В.И. Введение в экспериментальную спектроскопию. И., "Наука", 1979, с. 196, рис. 3.29б. (54)(57) СПЕКТРОАНАЛИЗАТОР ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий оптически связанные входную щель, диспергирующую систему и автоколлимационное

„„SU„„1089431 A 1 ц С 01 Л 3/18 устройство, отличающий с я тем, что, с целью упрощения регистрации информации в широком спектральном интервале путем одновременной двумерной развертки спектра, автоколлимационное устройство выполнено в виде зеркально-линзового отражателя, представляющего собой линзовый объектив и систему из двух плоских зеркал, и оптического растра иэ прямоугольных уголковых отражателей, ребра которых расположены в фокальной поверхности линзового объектива перпендикулярно плоскости дисперсии между плоскими зеркалами, оптически связанными с растром, причем щель ограниче- Я на по высоте в соответствии с числом элементов растра.

1 1 0894

Изобретение относится к спектральному приборостроению и может быть использовано для спектрального анализа оптического излучения, для передачи и воспроизведения двумерных оптических изображений спектральным

5 методом в фототелеграфии и телевидении.

Известны спектроанализаторы с двумерной разверткой спектра, например спектрограф СТЭ-1, использующиеся в тех случаях, когда требуется получить спектр с высокой дисперсией в широком диапазоне длин волн за одну экспозицию, а также для передачи двумерных оптических иэображений по одно- . волоконной оптической линии связи спектральным методом. Двумерная спектральная развертка в этих приборах осуществляется с помощью метода скрещенной дисперсии с использованием двух диспергирующих элементов 1 1 3.

Однако при этом необходимо, чтобы один из них (дифракционная решетка) использовался в высоких порядках спектра, которые разделяются с номощью второго диспергирующего элемента. В связи с работой в высоких порядках спектра к точности изготовления дифракционной решетки предЬ30 ляются повышенные требования из-за большой интенсивности духов Роуланда, При увеличении числа строк при двумерной развертке спектра необходимо переходить к более высоким . порядкам спектра, что еще больше усложняет технологию изготовления решетки. Спектроаналиэаторы этого типа дают двумерный спектр с неравномерным расположением строк в кадре, что приводит к нерациональному использованию площади фотоматериала, а в случае использования для разделения порядков спектральной призмы — к усложнению фотометрирования снектрограмм, поскольку в этом случае строки45 двумерного спектра искривлены.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является спектроанализатор оптического излучения, содержащий входную щель, дис- 50 пергирующую систему и автоколлимационное устройство . 21.

Недостатком иввестного устройства является сложность регистрации информации в широком спектральном интерва- ле и неодновременность развертки спектра,поскольку из-эа большой угловой ширины спектра на его краях велико

31 2 влияние искажений, вносимых оптической

Ф частью прибора. Поэтому фотографирование его должно производиться по частям. Получение на спектрограмме. двумерного спектра с помощью этого спектрографа возможно только путем последовательного во времени фотографирования различных участков спектра на фотоматериале, который после каждой экспозиции перемещается перпендикулярно плоскости дисперсии прибора. Указанные недостатки сни жают объем информации, регистрируемой известным спектроанализатором в единицу времени, и могут быть устранены путем одновременного преобразования одномерной развертки спектра в двумерную. о

Цель изобретения — упрощение регистрации информации в широком спектральном интервале путем получения одновременной двумерной развертки спектра.

Указанная цель достигается тем, что в спектрографе, содержащем оптически связанные входную щель, диспергирующую систему и автоколлимационное устройство, последнее выполнено в виде зеркально-линзового отражате-ля,.представляющего собой линзовый объектив и систему их двух плоских зеркал, и оптического растра из прямоугольных уголковых отражателей, ребра которых расположены в фокальной поверхности линзового объектива перпендикулярно плоскости дисперсии, причем щель ограничена по высоте в соответствии с числом элементов растра.

Замена автоколлимационного зеркала растром из уголковых отражателей позволяет разбить весь широкий исследуемый спектр на достаточно малые участки, а затем разместить их один под другим в виде двумерного . кадра. Это позволяет упростить регистрацию информации в широком спектральном интервале, поскольку получение одновременной двумерной спектральной развертки дает возможность получить информацию обо всем спектре за одну экспозицию.

На фиг. 1 изображена оптическая схема спектроанализатора оптического излучения; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг . 1 (взаимное расположение исследуемого источника, т.е. входной щели и его двумерного спектра); на фиг. 3 и 4 - зеркально-линзовый отра3 1089 жатель в двух проекциях, частичный вырез; на фиг. 5 - узел I на фиг. 4, поясняющий ход лучей.

Спектроанализатор оптического излучения содержит входную, щель 1

5 (источник), объектив 2, диспергирующую систему 3 и зеркально-линзовый отражатель 4. Двумерный спектр 5 источника 1 располагается в фокальной плоскости объектива 2 ниже источ-10 ника 1 и образуется из отдельных строчек 6 и 7, которые с плоскостью диспергии D прибора составляют угол К .

Зеркально-линзовый отражатель 4 содержит объектив 8 и зеркальную систему 9, состоящую из двух плоских зеркал 10 и 11 образующих угловое зеркало с углом между гранями, равными 6, и из оптического растра 12, образованного из прямоугольных уголковых отражателей 13. Нормаль к зеркалу 10 расположена в сагиттальной:.I плоскости спектроанализатора (плоскости, перпендикулярной плоскости дисперсии диспергирующей системы), нормаль к зеркалу 11 образует с сагиттальной плоскостью небольшой IIo о

У рядка 2-5, угол 8 а поверхность, в которой лежат ребра уголковык, ЗО отражателей 13 растра 12 расположена перпендикулярно сагиттальной и меридиональной (плоскости дисперсии) плос.костям. Число строк двумерного спектра равно числу уголковых отражателей, образующих растр, а величина смещения двумерного спектра в перпендикулярном (меридиональной плоскости) направлении определяется величиной двугранного угла 6, образованного зеркалами 10 и 11 .

Спектроанализатор оптического излучения работает следующим образом.

Свет от источника 1 коллимируется и ъективом 2, проходит диспергирую. щую систему 3, отражается зеркально- 4 линзовым отражателем 4 и вторично проходит в обратном направлении диспергирующую систему 3 и объектив. 2, который в фокальной плоскости строит изображение двумерного спектра 5 источника 1. При этом двумерный спектр

5 располагается ниже источника 1.

Пространственное разделение положений источника 1 и спектра 5 и преобразование одномерного спектра,.-:.который 5 образуется при прямом ходе света через диспергирующую систему, в двумер.ный, осуществляется зеркально-линзо431 4 вым отражателем 4 следующим образом.

Спектр 14 отражается зеркаЛом 10 на растр 12, при этом действительное изображение спектра 15 лежит на поверхности, образованной ребрами уголковых отражателей 13. Растр 12 в сагиттальной плоскости действует как обычное плоское зеркало, а в меридиоФ нальной - как уголковый отражатель, т.е. отражает лучи по тому же направлению, по которому идут падающие. В силу того, что спектр проецируется на элементы растра, последние разбивают спектр на участки, которые образуют на выходе спектроанализатора строки 6 и 7 двумерного кадра 5. При отражении от элемента 13 выделенный участок спектра 15 оборачивается относительно точки О, лежащей на ребре уголкового отражателя, на 180, т.е. положение точки О спектра в спектральной плоскости выходного объектива 8 остается неизменным, а точки O и b, расположенные симметрично относительно точки О, меняются местами.

Аналогичная картина наблюдается у каждого элемента растра 12. Растр 12 отражает свет на зеркало 11, которое направляет его обратно на объектив 8, После отражения от последнего по ходу лучей зеркала 11 положение спектра, преобразованного развертывающим устройством, определяется позицией

16, указанной на фиг. 2. Преобразованный спектр представляет собой расположенный в фокальной плоскости объектива 8 линейный спектр, состоящий из.отдельных участков, выделенных элементами 13 растра 12 и симметрично обернутых относительно своих центральных точек О, причем линейный спектр 16 образует с меридиональной плоскостью небольшой угол N =2Всоз .

После отражения от зеркально-линзового отражателя 4 свет проходьр спектроанализатор в обратном направлении, анализируется диспергирующей системой 3 и фокусируется в двумерный спектр 5 объективом 2. Ввиду того, что положение точек О спектра 15 остается почти неизменным в фокальной плоскости объектива 8, при обратном ходе дисперсии диспергирующей системы 3 для света с длинами волн, представляющими эти точки спектра, вычи, тается в положение их на выходной плоскости спектроанапизатора характеризуется одной и той же координатой, 1089431

L (и Э Ои8.4.

ПППППП Пвввв 2922 38 Ун вв 823

Фнвввв ППП Потерт, г. Уигоров,тв.Проевтввв, В

>ие8

Ilo сное для остальных же точек спектра 15 дисперсия диспергирующей системы 3 складывается и они отображаются в спектре 5 справа и слева от точек О.

Разнесение строчек 6 и 7 в направле- 5 нии у (перпендикулярно меридиональной плоскости) определяется наклоном спектра 16 относительно меридиональной плоскости на угол а1, а простран ственное разделение входа и выхода призменного спектроанализатора (расположение спектра 5 ниже входной диафрагмы 1) — смещением спектра, отраженного зеркальной системой 9, в сагиттальном направлении из положения 15 14 в положение 16.

Согласно изобретению разработана принципиальная схема, собран макет и проведены демонстрационные испытания спектроанализатора оптического излучения.

Расчеты показывают, что по сравнению с базовым объектом, который совпадает с прототипом, предлагаемый спектроанализатор оптического излуИ ф чения позволяет регистрировать за одну экспозицию спектральный интервал от 3700 до.10000 Х на фотоматериале размером 75 мм в направлении дисперсии прибора при числе элемен" тов растра, равном 10. Этот же спектральный интервал спектрографом ИСП-51 с камерой УФ-90 регистрируется за

6 экспозиций. Испытания показали, что строки двумерного спектра на спектрограмме располагаются равномерно и неискривлены, что позволяет наиболее рационально использовать площадь фотоматериалов и облегчает фотометрирование спектрограмм. Использованный в спектроанализаторе зеркально-линзовый отражатель позволяет применять для получения двумерного спектра диспергирующую систему, имеющую только один спектральный порядок, при этом одна и та же диспергирующая, система используется как для разложения света от источника в спектр, так и для формирования двумерного спектра.