Монохроматор

 

МОНОХРОМАТОР с горизонтально-симметричной оптической схемой, содержащий оптически связанные входную щель, коллиматорный зеркальный объектив, дифракциолнзто решетку,камерньш зеркальный объектив, выходную щель, а также двухлучевой интерферометр , уголковые отражатели которого установлены с возможностью разворота совместно с дифракционной решеткой, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности отсчета длин волн, коллиматорный зеркальный объектив установлен с возможностью разворота вокруг оси, нормаль ной меридиональной плоскости коллиматорного зеркального объектива и проходящей через точку пересечения отражающей поверхности ко.штиматор ного зеркального объектива с его оптической осью, а выходная щель монохроматора установлена с возможностью перемещения вдоль линии пересечения фокальной и меридиональной плоскостей камерного зеркального объектива. О© сд ю

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ABTOPGKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3599160/24-25 (22) 31.05.83 (46) 15. 10.85. Бюл. В 38 (72) Ю.К. Михайловский, И.И. Нагибина и В.А. Рачков (71) Ленинградский ордена Трудово—

ro Красного Знамени институт точной механики и оптики (53) 535.853 (088.8) (56) Нагибина И.И., Прокофьев В.К.

Спектральные приборы и техника спектроскопии. Л.: Иашиностроение, 1967, с. 44.

Инфракрасная спектроскопия высокого разрешения. Сб. под ред. Жижииа Г.Н. M.: Иир, 1972, с. 12-14. (54) (57) MOHOXPOMATOP с горизонталь-. но-симметричной оптической схемой, содержащий оптически связанные входную щель, коллиматорный зеркальный

„„SU„„1185112 A объектив, дифракционную решетку,камерньй зеркальный объектив, выходную щель, а также двухлучевой интерферометр, уголковые отражатели которого установлены с возможностью разворота совместно с дифракционной решеткой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности отсчета длин волн, коллиматорный зеркальный объектив установлен с возможностью разворота вокруг оси, нормальной меридиональной плоскости коллиматорного зеркального объектива и проходящей через точку пересечения отражающей поверхности коллиматорного зеркального обьектива с его оптической осью, а выходная щель монохроматора установлена с возможностью перемещения вдоль линии пересечения фокальной и меридианальной плоскостей камерного зеркального объектива.

1 11851

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению.

Целью изобретения является повышение точности отсчета длин волн путем обеспечения линейности и целочисленности шкалы длин волн.

На чертеже показан монохроматор, построенный по горизонтально-симметричной схеме.

Монохроматор содержит последовательно расположенные по ходу луча входную щель 1, коллиматорный зер". кальный объектив 2, дифракционную решетку 3, камерный зеркальный объектив 4, выходную щель 5, рычаг

6, ползун 7, дифференциальный интерферометр для измерения угла поворота дифракционной решетки, включающий расположенные последовательно по ходу луча источник 8 монохроматического излучения, светоделитель 9, зеркало 10, два уголковых отражателя 11,12, автоколлимационное зеркало 13, блок 14 регистрации.

Монохроматор работает следующим образом.

Световой поток от входной щели 1, расположенной в фокальной плоскости объектива .2, коллимируется объекгивом 2 и попадает на диф- ЗО ракционную решетку.3. Дифрагированный световой поток собирается объективом 4, котор;:.й строит в плоскости выходной щели 5 монохроматические изображения входной щели 1. Механизм 35 спектральной щели 5 расположен на ползуне, имеющем возможность перемецения в П-образных направляющих вдоль линии пересечения меридионаЛьной и фокальной плоскостей камер- 40 ного объектива 4. Оправа объектива 2 крепится с помощью пружинного подвеса к кронштейну, на котором установлена микрометренная подвижка для осуществления разворота коллиматор- 45 ного объектива вокруг оси, нормальной меридиональной плоскости и проходящей через его вершину. Последовательное выставление спектральных линий на выходную щель монохроматора 56 осуществляется путем разворота дифракционной решетки с помощью рычага

6, который разворачивается вокруг оси дифракционной решетки совместно с последней за счет перемещения 55 ползуна 7 в направляющих типа ласточкин хвост. Перемещение ползуна осуществляется вручную через винто12 вую пару (не показана) . Привод 6,7 обеспечивает необходимую чувствитель ность, плавность хода и надежную фиксацию дифракционной решетки в рабочем положении.

Вместе с дифракционной решеткой поворачиваются и отражатели интерферометра, установленные на основании дифракционной решетки. При этом монохроматическое излучение от источника 8 Не-Ne лазера делится светоделителем 9 на два световых пучка, которые направляются светоделителем 9 и зеркалом 10 к уголковым отражателям 11, 12. Пройдя отражатели 11, 12 и отразившись от автоколлимационного зеркала 13, световые пучки проходят отража- тели 11, 12 в обратном направлении, объединяются светоделителем 9 и направляются в блок 14 регистрации.

Блок 14 состоит из фотоприемника— фотоэлектронного умножителя, формирователя импульсов и счетчика. При изменении разности хора лучей в интерферометре в связи с поворотом уголковых отражателей совместно с дифракционной решеткой осуществляется интерференционная амплитудная модуляция светового потока, попадающего на фотоэлектронный умножитель, в результате чего возникают синусоидальные изменения фототока и формирователь импульсов формирует счетные импульсы, появление каждого иэ которых соответствует изменению разности хода на hp/S.

Длина волны выводимой на выходную цель спектральной линии в монохроматоре с горизонтально-симметричной оптической схемой равна Д= — соб — 4п g щ 2 (1) где d — постоянная дифракционной решетки, m — - порядок дифракции, / — центральный угол монохроматора; — угол поворота дифракционной решетки.

Разность хода в интерферометре иэ-за смещения уголковых отражателей. при повороте дифракционной решетки равна

1185112 где М вЂ” порядок интерференции; — длина волны настройки интерферометра;

P — - расстояние между вершинами уголковых отражателей.

Таким образом, для длины волны выводимой спектральной линии можно написать с учетом уравнений (1) и (2) следующее выражение:

Qd f К, Э = — cos—

2 г(Основной причиной появления от.стунлений от линейности шкалы длин 15 волн является рассогласование нулевых положений дифракционной решетки и уголковых отражателей интерферо. метра, а отступление от целочисленности определяется погрешностью рас- 20 стояния между вершинами уголковых отражателей, которая приводит к появлению накапливающейся к концу .рабочего диапазона погрешности.

Так как в реальном монохроматоре 25 =p ta р; у = g + ду, реальное значение

I ны волны h можно представить в следующем виде:

1 2д t . Я ((! (З0

3 = — со sin q — cos —.

m 2 m . 2 p «(4) где sing - — 0 — реально измеряег

Р мое перемещение механизма по котоS

35 рому мы судим о выводимой длине волны. В свою очередь 3 = p- sin q

I . (=с + дщ дс(» — угол рассогласования нулевых положений дифракционной решетки и интерферометра, т.е. вели- 40

I чина 8 даже при точно установленНоМ теоретическом значении

const зависит от угла ;

Из выражения (4) находим выражение для ошибки отсчета ди длины волны %, считая в выражении (4) переменным Cp, p, у, a9 — cos cosy иц - — coS — 5 „ (. ьР м 2 2 Ч SO (5)

- — sin — з с и -).

Подбирая величину и знак приращения d — ) можно скомпенсировать

1,m) ó погрешность др и в некоторых пределах d g.

На чертеже пунктиром показано нулевое положение уголковых отражателей (прямой, соединяющей вершины отражателей, находящихся в нулевом положении). Очевидно, что смещение выходной щели по стрелке А на расстояние f = 2ууй,где f — фокусное расстояние объектива, позволяет скомпенсировать имеющееся рассогласование нулевых положений и(дифракционной решетки и интерферометра.

При этом изменяется центральный угол монохроматора II" на 2д -) и

«Я 1

a (— ) = д<у (считаем нулевым такое по«3(» 2 ложение дифракционной решетки, ког" да нормаль к ее отражающей поверхности делит центральнйй угол 1(пополам, а на выходную щель выводится нулевой порядок дифракции). Для интерферометра считаем нулевьЫ такое положение, при котором прямая, .соединяющая вершины отражателей, параллельна отражающей плоскости автоколлимационного зеркала.

Рассмотрим выражение (5). Предположим, что действие первого члена скомпенсировано перемещением выходной щели. Тогда для обеспечения дф = О необходимо, чтобы выполнялрсь условие

Удр .t (У

cos — =sin a — . г (r г 1 21 (6)

А так .как д(Х1 равен a q при компенсации последнего смещением выходной щели, то можно намеренно ввести рассогласование a p разворотом коллиматор;ого объектива на угол ИЧ /2 .е причем

aq =a — I -aq (2 где a((s — имеющееся рассогласование нулевых положений;

«(» и - ) — требуемое изменение

2 центрального угла монохроматора, найденное из выражения (6), с последующим компенсационным перемещением выходной щели на = ac) 1.

Дпя согласования параметров монохроматора и интерферометра выполняется следующая последовательность операций.

По отсчетному устройству находятся отсчеты,,,, „,, „, соответ-! 1

1185112

4 1 2 (42 >) (> 2 >1 >

4 (4 ) (Ь с1

4 „(d „- 1(, > - (4 „-,1, р (S1 (>1 4 d2 (eú ме1 1 3 аР 4Р м соъ (p,-со% (1, соз(fI-сов(p (а -s,)-ъ„

4Р

coo (1, - соз (p„ (8) IIIII(P 51О Ц, 4РО

СОЗ Ц>, -С05 (P2

Составитель M. Иванов

Редактор Н. Швьщкая Техред Т.Фанта Корректор р. Луговая

Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по,делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6352/34

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4 ствующие истинным значениям длин волн Э(, %, „,, 2 „, выведенным на выходную щель. Затем определяются разности которые подставляются в выражение

;для накопленной ошибки выведения в интервале(1>„- A,), полученное из выражения (4) дифференцированием по ф((р, 21 у

4Ъ„* — cos — (сов (1,-соЕ (,1-4Ч

24 3 .. 4P

1 — соь — 2 (quan(p2 sin(1>1 > (7) откуда получаем следующие равенства:

Из выражения (8) находим усредненное значение Ь >/ о, по которому из уравнения (7) определяем имеющееся рассогласование h(p и нужный компенсационный угол 4(! из выражения ((( (2 (6) . Для компенсации выявленного рассогласования dg необходимо сместить выходную щель на расстояние

3 24(1 f.ïðè этом изменяется центральный угол g на 2 4g. Следовательно, требуемое для компенсации действия ошибки 4 р изменение угла может быть найдено из следую10 щего соотношения:

2(.2 д—

Введение угла ((>+ производится за счет смещения выходной щели на расстояние =(" f с последующим разворотом коллиматорного зеркала ва угол — — (a(- — ае>) ло оовмеве2.((г о ния изображения входной щели в нулевом порядке дифракции с выходной щелью. Затем находятся новые разН II » нОсти 4 112 4Q „, > 4 Я>> и по ним рассчитываются остаточные погреш25 ности d pan / 8 > 4 (p IIo b po t p выражения (7) находим компенсационный угол ф

Если ((3-(о,) меньше допуска на согласование нулевых положений, то вводится окончательное смещение выходной щели (О - 2 pf .