Компенсатор дрожания изображения спектра

 

КОМПЕНСАТОР ДРОЖАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ СПЕКТРА, содержащий фотодетектор и усилитель, соединенный с сервомотором, ось которого перпендикулярна направлениям излучения и дисперсии и параллельна поверхности жестко укрепленной на ней прозрачной плоскопараллельной пластинки, о тличающийся тем, что, с целью повышения информативности выходного сигнала, в него дополнительно введены последовательно расположенные по ходу излучения перед фотодетектором поворотное зеркало и электрооптический кристалл, установленный между двумя поляроидами, а также генератор пилообразного напряжения, два узкополосных фильтра и фазовый детектор, при этом выход генератора пилообразного напряжения подключен к электрооптическому кристаллу и через первый узкополосный -фильтр - к (Л опорному входу фазового детектора, выход фотодетектора через второй узкополосный фильтр подключен к сигнальному входу фазового детектора, выход которого соединен с входом усилителя. со О) ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (др С 01 3 3/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТВ9 (2!) 3486450/18-25 (22) 28.06.82 (46) 07.06.84. Бюл. У 21 (72) И.Е. Кожеватов (71) Горьковский ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский радиофизический институт (53) 535.8(088.8) (56). 1. Курс астрофизики и звездной астрономии. Под ред. акад. А.А. Михайлова, т.1, M. "Наука", 1973, с. 554-556.

2. Никулин Н.С., Северный А.Б., Степанов В.Е. Солнечный магнитограф

Крымской астрофизической обсерватории. — "Иэв. КрАО", 1958, т. 19, вып. 3, с. 3 (прототип). (54)(57) КОМПЕНСАТОР ДРОЖАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ СПЕКТРА, содержащий фотодетектор и усилитель, соединенный с сервомотором, ось которого перпендикулярна направлениям излучения и дис.,SU„„1096504 A персии и параллельна поверхности жестко укрепленной на ней прозрачной плоскопараллельной пластинки, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения информативности выходного сигнала, в него дополнительно введены последовательно расположенные по ходу излучения перед фотодетектором поворотное зеркало и электрооптический кристалл, установленный между двумя поляроидами, а также генератор пилообразного напряжения, два узкополосных фильтра и фазовый детектор, при этом выход генератора пилообразного напряжения подключен к электрооптическому кристаллу и е через первый узкополосный фильтр — к опорному входу фазового детектора, выход фотодетектора через второй узкополосный фильтр подключен к сигнальному входу фазового детектора, Я выход которого соединен с входом усилителя.

Изобретение относится к спектроскопии, в частности. к элементам конструкции спектрографов с линейной десперсией, и может быть использовано в астрофизике, атомной спектроско. пии, в химическом и флюоресцентном спектральных анализах.

Обеспечение высокой разрешающей способности спектрографов с линейной дисперсией связано с увеличением длины оптического пути излучения.

Однако при значительной длине оптического пути излучения возрастает дрожание изображения спектра. Это обусловлено неоднородностью воздуха внутри спектрографа, сейсмическими колебаниями оптических элементов,,а также релаксацией напряжений элементов, оптических оправ и крепежных винтов.. Дрожание изображения спектра 26 приводит к снижению точности спектраль ного анализа.

Известны устройства, позволяющие уменьшить дрожание иэображения спектра, обусло енн е неоднор дностью 25 воздуха. Уменьшение дрожания иэображения спектра обеспечивается с помощью вакуумирования или изотермирования спектрографа. При уменьшении дрожания изображения спектра с помощью вакууми-5О рования оптические элементы спектрографа помещают в герметическую камеру, иэ которой откачивают воздух. При уменьшении дрожания изображения спектра с помощью изотермирования 35 спектрограф помещают в двойной фанерный ящик, внутренние стенки которого окрашены белой краской Г13.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому 49 результату является компенсатор дрожания изображения спектра, содержащий два фотодетектора и усилитель, соединенный с сервомотором, ось которого перпендикулярна направлениям 45 излучения и дисперсии и параллельна поверхности жестко укрепленной на ней прозрачной плоскопараллельной пластинки Г23.

К недостаткам его можно отнести низкую информативность выходного сигнала.

Целью изобретения является повышение информативности выходного сигна. ла.

Цель достигается тем, что в коипенсатор дрожания изображения спектра, содержащий фотодетектор и усилитель, соединенный с сервомотором, ось которого перпендикулярна направлениям излучения и дисперсии и параллельна поверхности жестко укрепленной на ней прозрачной плоскопараллельной пластинки, дополнительно введены .последовательно расположенные по ходу излучения перед фотодетектором поворотное зеркало и электроогтический кристалл, установленный между двумя поляроидами, а также генератор пилообразного напряжения, два узкополосных фильтра и фазовый детектор, при этом выход генера:тора пилообразного напряжения подключен к электрооптическому кристаллу и через первый узкополосный фильтр — к опорному входу фазового детектора, выход фотодетектора через второй узкополосный фильтр подключен к сигнальному входу фазового детектора, выход которого соединен с входом усилителя.

На чертеже представлена структурная схема компенсатора дрожания иэображения спектра.

Компенсатор содержит последова,тельно расположенные на оптической оси поворотное зеркало 1, электрооптический кристалл 2, установленный между двумя поляроидами 3 и А, и фотодетектор 5. Поворотное зеркало 1 помещено на входе компенсатора в непосредственной близости к входной щели 6 спектрографа„ сбоку от нее.

Выход генератора 7 пилообразного напряжения подключен к электрооптическому кристаллу 2 и через узкополосный фильтр 8 к опорному входу фазового детектора 9. Выход фотодетектора 5 через узкополосный фильтр 10 подключен к сигнальному входу фазового детектора 9. Выход фазового детектора 9 через усилитель 11 соединен с сервомотором 12. На оси серномотора 12 жестко закреплена прозрачная плоскопараллельная пластинка

13. Ось сервомотора 12 установлена перпендикулярно направлениям излучения н дисперсии и параллельно поверхности пластинки 13. Пластинка 13 расположена перед щелью б. При этом расстояние между пластинкой 13 и щелью б где L, — оптическая длина пути излучения в спектрографе.

1096504 4

Оптические оси поляроидов 3 и 4 расо положены под углом 45 к оси 2 электрооктического кристалла 2. Разность хода d между обыкновенным и необыкновенным лучами в электрооптическом кристалле 2

2д где 2d"il- ширина участка спектра излучения, поступающего на вход компенсатора;

Л1 — центральная длина волны участка спектра излучения, поступающего на вход компенсатора;

2 (< 2dЗ, где 2д3 - ширина участка спектра излучения, поступающего на щель 6.

Амплитуда сигнала генератора 7 определяется условием обеспечения изме10 нения разности хода между обыкновенным и необыкновенным лучами в электрооптическом кристалле 2 за период пилообразного напряжения на одну длину волны > Фильтры 8 и 10 настроены на первую гармонику сигнала генератора 7. Коэффициент усиления усилителя 11 определяется устойчивостью системы.

Компенсатор дрожания изображения спектра работает следующим образом.

Излучение, сформированное с помощью диспергирующего блока спектрографа, проходит через пластинку 13 и поступает на выходную щель и на вход компенсатора. Щель 6 вырезает 35 анализируемый участок спектра излучения . Ло-ЬЛ где Ло — центральная длина волны участка спектра излучения,поступающе-40

ro на выходную щель Ь спектрографа.

На вход компенсатора поступает участок спектра излучения

A Ai + d I где Л вЂ” центральная длина волны 43

1 участка спектра излучения, поступающего на вход компенсатора, при этом

Л =Л +(ЛЛ+сРЛ) и Л„= А -(4Л+сФ"Д1, Изменение h и Л„ обусловлены дрожа- 50 кием иэображения спектра в спектрографе. Поскольку Ъ„ = Ло, то смещение за счет дрожания центральных длин волн участков спектра излучения, поступающих на выходную щель спектрогра-55 фа и на вход компенсатора, будет одинаковым. Поворотное зеркало 1 направляет участок спектра излучения на поляроид 3. Поляроид 3 осуществляет выделение излучения с плоскостыд поляризации, повернутой на 45 по отношению к оси 2 электрооптического кристалла 2. и обеспечивает при этом равенство амплитуд обыкновенного и необыкновенного лучей. С помощью пилообразного напряжения, формируемого генератором 7, электрооптический кристалл 2 осуществляет изменение разности хода между обыкновенным и необыкновенным лучами от g po d +it . Поля1 роид 4 осуществляет сложение обыкновенного и необыкновенного лучей с выхода электрооптического кристалла 2, обеспечивая при этом равенство их амплитуд. Фаза светового сигнала на выходе поляроида 4 изменяется пропорционально изменениям центральной длины волны участка спектра излучения, поступающего на вход компенсатора.

Фотодетектор 5 осуществляет преобразование светового сигнала с выхода поляроида 4 в электрический сигнал.

Переменная составляющая сигнала на выходе фотодетектора 5 состоит иэ участков синусоид с длительностью

Т, соответствующих прямому ходу сиь» нала генератора 7, разделенных участками синусоид длительностью Т, со-! ответствующих обратному ходу пилообразного напряжения (Т <с Т„). Фильтр

8 осуществляет выделейие синусоидального сигнала с частотой первой гармоники пилообразного напряжения.

Фаза сигнала на выходе фильтра 8 изменяется пропорционально изменениям центральной длины волны Il< участка спектра излучения, поступающего на вход компенсатора. Фильтр 10 обеспечивает выделение первой гармоники пи(лообразного напряжения. Фазовый детектор 9 осуществляет преобразование разности фаз сигналов, поступающих на его входы в электрический сигнал постоянного тока. Уровень этого сигнала изменяется пропорционально изменению центральной длины волны Ло участка спектра излучения, поступающего на вход компенсатора. Усилитель

11 обеспечивает усиление сигнала с выхода фазового детектора 9. Сигнал с выхода усилителя 11 поступает на сервомотор 12. Сервомотор 12 обеспечивает поворот пластинки 13 таким образом, что компенсируются смещения центральных длин волн участков спектра излучения, поступающих на вход

; 99650

ВНИИПИ Заказ 3789/29 Тираж 823 Подписное

Фялмип ППП "ПФтВмт", Г е Ужгород, ул . Нроехтяая, 4 компенсатора и на выходную щель 6 спектрографа.

Таким образом, в разработанном компенсаторе осуществлена компенсация 5 дрожания иэображения спектра за счет компенсации смещения центральной длины волны участка спектра излучения, близкого к участку спектра, поступающему на выходную щель спектрографа.

При этом вносятся искажения в само иэображение спектра и сохраняется информация о положении спектральной линии, в результате чего обеспечивается положительный эффект, повышас гся информативность выходного сигнала компенсатора.

Достоинством разработанного компенсатора является также то, что он обеспечивает компенсацию не только црожания изображения спектра, обусловленного неоднородностью воздуха, но и дрожания иэображения спектра, вызванного сейсмическими колебаниями оптических элементов, релаксацией напряжений элементов оптических оправ и крепежных винтов.