Растровый спектрометр с селективной модуляцией

 

Изобpетение относится к области оптического спектpального пpибоpостpоения. Цель изобpетения - повышение чувствительности и точности измеpений. В pастровом спектрометре с селективной модуляцией имеются входной и выходной pастры, монохpоматоp с диспергирующим элементом, выполненным в виде дифракционной решетки, система исключения постоянной составляющей, модулятор и приемно-регистрирующая система. Входной и выходной растры построены на основе периодической кодовой последовательности, соответствующей двухуровневой автокорреляционной функции. Прозрачные и непрозрачные элементы в обоих растрах чередуются в соответствии с одной и той же последовательностью периода N₀. Прозрачные элементы растров соответствуют отрицательным элементам последовательности, а непрозрачные - положительным элементам последовательности. Повышение чувствительности и точности измерений происходит за счет оптимального согласования между протяженностью регистрируемого спектра (числа спектральных интервалов N) и размерами чувствительной площадки приемника излучения. 11 ил.

Изобретение относится к области оптического спектрального приборостроения. Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерений. На фиг. 1 представлена схема растрового спектрометра; на фиг. 2 пример периодической кодовой последовательности, соответствующей двухуровневой автокорреляционной функции с период последовательности, - число элементов входного растра, число элементов выходного растра, n- наибольшее число подряд идущих нулей; на фиг. 3 входной растр; на фиг. 4 выходной растр; на фиг. 5 и 6 представлены функции пропускания растрового спектрометра при работе выходного растра на пропускание и отражение соответственно; на фиг. 7 представлена результирующая аппаратная функция спектрометра; на фиг. 8 схема растрового спектрометра с селективной модуляцией в другом варианте работы; на фиг. 9 периодическая, кодовая последовательность, соответствующая двухуровневой автокорреляционной функции с 11, где период последовательности, равный количеству N разрешаемых спектральных интервалов, количество элементов соответственно входного и выходного растров; на фиг. 10 представлен входной растр с ограничивающей его рабочее поле диафрагмой; на фиг. 11 выходной растр, построенный как и входной в соответствии с указанной последовательностью. В первом варианте растровый спектрометр с селективной модуляцией (см. фиг. 1 ) содержит входной растр 1, монохроматор, включающий объектив 2, диспергирующую систему (дифракционную решетку) 3, объектив 4, выходной растр 5, ограничивающую диафрагму 6, систему исключения постоянной составляющей, которая содержит зеркальные объективы 7 и 8, модулятор 9 и приемно-регистрирующую систему 10. Непрозрачные элементы выходного растра 5 выполнены зеркальными. Модулятор 9 имеет зеркальные ламели. Входной 1 и выходной 5 растры построены на основе периодической кодовой последовательности, соответствующей двухуровневой автокорреляционной функции. Прозрачные и непрозрачные элементы в обоих растрах чередуются в соответствии с одной и той же последовательностью периода , причем прозрачные элементы, растров соответствуют отрицательным элементам последовательности, а непрозрачные положительным элементам последовательности. Входной растр 1 содержит элементов, начиная с элемента, следующего за серией из наибольшего для данной последовательности числа и идущих подряд нулей, выходной растр 5 содержит элементов. Входная ограничивающая диафрагма совпадает с оправой входного растра 1, выходная ограничивающая диафрагма 6 вырезает рабочее поле выходного растра, которое проектируется на приемо-регистрирующую систему 10 элементами. По второму варианту растровый спектрометр с селективной модуляцией (см. фиг. 8) содержит входной растр 11, диафрагму 12, коллиматорный объектив 13, диспергирующую систему (дифракционную решетку) 14, фокусирующий объектив 15, выходной растр 16, систему исключения постоянной составляющей, которая содержит зеркальные объективы 17, 18, модулятор 19 и приемно-регистрирующую систему 20. Непрозрачные элементы выходного растра 16 выполнены зеркальными. Модулятор 19 имеет зеркальные панели. Входной растр 11 и выходной растр. 16 построены в данном случае в соответствии с периодической кодовой последовательностью, соответствующей двухуровневой автокорреляционной функции периода где N количество разрешаемых спектральных интервалов, причем прозрачные элементы растров соответствуют отрицательным элементам последовательности, а непрозрачные положительным элементам последовательности. Входной растр 11 и выходной, растр 16 содержат элементов (см. фиг. 10, 11). Входная ограничивающая диафрагма 12 ограничивает рабочее поле входного растра 11 N₀ элементами, выходная ограничивающая диафрагма совпадает с оправой выходного растра 16, который проектируется на приемно-регистрирующую систему 20. В варианте конкретного выполнения растров (см. фиг. 9). Устройство по первому варианту работает следующим образом. Излучение от исследуемого источника (на чертеже не показан) проходит через щели входного растра 1, попадает в объектив 2, который армирует параллельный пучок и посылает его на. диспергирующую систему 3. Разложенное диспергирующей системой 3 излучение попадает на объектив 4, который строит ряд смещенных относительно друг друга монохроматических изображений входного растра на выходном растре 5. Из всех изображений только одно, соответствующее длине волны настройки λ_o, в точности совпадает с элементми выходного растра 5, повторяющими , элементов входного растра. Для этой длины волны ((λ_o)) величина проходящего через выходной растр светового потока пропорциональна . Для других длин волн световой поток . Тогда в свете, отраженном от зеркальных элементов выходного растра, для световой поток F₀=0, в то время как для остальных длин волн по-прежнему Проходящий и отраженный потоки F₁ и F₂ (см. фиг.5 и 6) зеркальными объективами 7 и 8 направляются на вращающийся модулятор 9 с зеркальными ламелями. При вращении модулятора 9 на приемно-регистрирующую систему 10 поочередно поступают световые потоки, отраженные от растра 5 и прошедшие через него. Приемно-регистрирующая система, настроенная на частоту модуляции, регистрирует разность F₁ F₂ F₀ + F_i F_i F₀, т. е. только переменный сигнал от светового потока с длиной волны настройки λ_o (см.фиг. 7). Изменение этой длины волны, т.е. сканирование спектра, осуществляется разворотом дифракционной решетки 3. Устройство по второму варианту работает следующим образом. Излучение от исследуемого источника проходит через щели выходного растра 11, диафрагму 12, попадает на коллиматорный объектив 13, который формирует параллельный пучок и посылает его на диспергирующую систему 14.Разложенное в спектр диспергирующей системой 14 излучение попадает на фокусирующий объектив 15, который строит ряд смещенных относительно друг друга монохроматических изображений ограниченного диафрагмой 12 входного растра 11 на выходном растре 16. Из всех изображений только одно, соответствующее длине волны настройки λ_o, в точности совпадает с элементами выходного растра 16, повторяющими элементов рабочего поля входного растра 11, ограниченного диафрагмой 12. Для этой длины волны излучения величина проходящего через выходной растр светового потока F₀ пропорциональна .Для других длин волн световой поток Тогда в свете, отраженном от зеркальных элементов выходного растра, для λ_o световой поток F₀=0, в то время как для остальных длин волн по-прежнему F_i~N_св/2.. Проходящий и отраженный потоки F_, и F₂ (см. фиг. 5 и 6) зеркальными объективами 17 и 18 направляются на вращающийся модулятор 19 с зеркальными ламелями. При вращении модулятора 19 на приемно-регистрирующую систему 20 поочередно поступают световые потоки отраженные от растра 16 и прошедшие через него. Приемно-регистрирующая система, настроенная на частоту модуляции, регистрирует разность F₁-F₂=F₀+F_i-F_i=F0, т.е. только переменный сигнал от светового потока с длиной волны настройки λ_o (см. фиг. 7). Изменение этой длины волны, т.е. сканирование спектра, осуществляется перемещением входногo растра 11. В растровом спектрометре с селективной модуляцией повышается чувствительность и точность измерений за счет оптимального согласования между протяженностью регистрируемого спектра (числа спектральных интервалов N') и размерами чувствительной площадки приемника излучения. 2 4 6 8

Формула изобретения

Растровый спектрометр с селективной модуляцией, содержащий оптически связанные монохроматор, снабженный входным и выходным растрами, состоящими из неравного числа одинаковых по размерам прозрачных и непрозрачных элементов, ограничивающих диафрагм, систему исключения постоянной составляющей и приемно-регистрирующую систему, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, прозрачные и непрозрачные элементы в обоих растрах расположены в соответствии с положительными и отрицательными элементами периодической кодовой последовательности, соответствующей двухуровневой автокорреляционной функции, причем прозрачные элементы растров соответствуют отрицательным элементам последовательности, а непрозрачные - положительным элементам последовательности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        

---