Спектрометр

 

Изобретение может использоваться при изменении спектра излучения импульсной плазмы и обеспечивает возможность измерения спектра импульсного эл -магн.излучения. Спектрометр содержит источник эл.-магн. излучения 2, первую фокусирующую систему, состоящую из зеркала 3 в виде эллиптического цилиндра и зеркала 4 в виде параболического цилиндра, дифракционную решетку (ДР) 1, вторую фокусирующую систему, состоящую из зеркала в виде параболического цилиндра разооры .- атьния т возьснотр чения соптииде циусикара .0, и зеркала в виде параболоида вращения , и блок регистрации. ДР 1 выполнена в виде чередующихся канавок и выступов , расположенных равномерно вдоль образующей металлического цилиндра (Mil). Период ДР 1 изменяется линейно вдоль окружности МЦ от значения Л мин /Sin до значения AidKc/S -fo Ч о У™- дифракции). Зеркала фокусирующих систем располагаются так, что образующие одних параллельны , а других нормальны образующей МЦ. Каждая составляющая спектра отражается от канавок и выступов ДР 1 под своим углом. ДР 1 как бы состоит из двух ДРо Одна образована выступами и отражает эл. - магн. излучение с той же амплитудой, что и падающая волна, и нулевой начальной фазой . Другая ДР образована впадинами. При вращении ДР 1 облучаются ее полосы с изменяющимся периодом. При этом исследуется весь заданньш диапазон. 4 ил. & (Л ОС ее 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (д1) 4 (01 Н 29/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ йИБ .":

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4055051/24-09 (22) 03. 02. 86 (46) 07.05.88. Бюл. ¹ 17 (72) А.А.Надточий (53) 621.317.365 (088 ° 8) (56) Мерц А. Интегральные преобразования в оптике.-M.: Мир, 1969.

Бурелан Э.В. Физические приборы.—

M. Просвещение, 1984 с. 235. (54) СПЕКТРОМЕТР (57) Изобретение может использоваться при изменении спектра излучения импульсной плазмы и обеспечивает возможность измерения спектра импульсного эл -маги,излучения. Спектрометр содержит источник эл.-маги. излучения

2, первую фокусирующую систему, состоящую из зеркала 3 в виде эллиптического цилиндра и зеркала 4 в виде параболического цилиндра, дифракционную рещетку (ДР) 1, вторую фокусирующую систему, состоящую из зеркала в виде параболического цилиндра и зеркала в виде параболоида вращения, и блок регистрации. ДР 1 выполнена в виде чередующихся канавок и выступов, расположенных равномерно вдоль образующей металлического цилиндра (МЦ). Период ДР 1 изменяется линейно вдоль окружности МЦ от значения )L„„„ /Sin (р, до значения

h „,/Sin Ц, ((1) — угол дифракции).

Зеркала фокусирующих систем располагаются так, что образующие одних параллельны, а других нормальны образующей МЦ. Каждая составляющая спектра отражается от канавок и выступов

ДР 1 под своим углом. ДР 1 как бы состоит из двух ДР. Одна образована выступами и отражает эл. — магн. излучение с той же амплитудой, что и падающая волна, и нулевой начальной фазой. Другая ДР образована впадинами.

При вращении ДР 1 облучаются ее полосы с изменяющимся периодом. При этом исследуется весь заданный диапазон.

4 ил.

1394165

30 вид и

sin 2à (1- — — ) 
L а

sinn -- и

L (2) 2 ) (— — -)A ( и

L а и — n

L-a здпТ вЂ” — п

L (3) L-a

Я - — -- n

Изобретение относится к области измерения спектра электромагнитного излучения и может быть использовано при измерении спектра излучения им5 пульсной плазмы.

Целью изобретения является обеспечение возможности измерения спектра. импульсного электромагнитного излучения. 10

На фиг. 1 из о бр ажена дифракцион ная решетка; на фиг. 2- вид А на фиг. 1; на фиг, 3 — конструкция спектрометра в плоскости, перпендикулярной оси металлического цилиндра; на 15 .,фиг. 4 — то же, в плоскости, парел лельной оси металлического цилиндра.

Спектрометр содержит дифракционную решетку 1 (фиг.1), выполненную

1 на поверхности металлического цилинд- 20 ( ра в виде чередующихся канавок и выступов, равномерно расположенных вдоль образующей металлического цилиндра, при этом период дифракционной решетки, равный суммарной ширине впа- 25 дины и выступа, изменяется линейно вдоль окружности металлического ци мин акимке линдра от —.— — — до -т — —, где о з о, "h „, — минимальная и максимальн ая длины волн элек тром аг нити о г о излучения, а с, — угол дифракции.

Кроме того, спектрометр имеет источник 2 электромагнитного излучения (фиг,3), первую фокусирующую систему, состоящую из первого зеркала 3 в виде эллиптического цилиндра и второго зеркала 4 в форме параболического цилиндра, вторую фокусирую- 40 щую систему, состоящую из третьего зеркала 5 (фиг.4) в форме параболического цилиндра и четвертого зеркагде 0 — пространственная частота, sang равная — ——

rh Ъ

Ч вЂ” угол, под которым мы принила 6 в форме параболоида вращения и блок 7 регистрации.

Спектрометр работает следующим образом.

Если подать исследуемое электромагнитное излучение на дифракционную решетку, выполненную на металлическом цилиндре в виде чередующихся выступов и канавок, каждая составляющая спектра отражается под своим углом. Такую дифракционную решетку можно рассматривать как совокупность двух дифракционных решеток, действующих независимо. Первая из них создается выступами шириной а, ее период равен L (фиг.1). На поверхности выступов отраженное электромагнитное излучение будет иметь амплитуду, равную амплитуде падающего электромагнитного изулчения, а начальная фаза пусть будет равна нулю.

Вторая дифракционная решетка создается впадинами глубиной h и шириной (L-а). Ее период также равен

L. плоскости входа впадин амплитуда отраженного электромагнитного излучения также равна амплитуде падающего электромагнитного излучения, но начальная фаза равна (- — 2h).

2Т

Следовательно, комплексная амплитуда отраженного электромагнитного излучения в плоскости входа впадин имеет 2 ii — 2h

1 (1) где — длина волны одной из составляющих спектра; — мнимая единица.

Амплитудный спектр первой дифракционной решетки имеет следующий вид: маем дифрагированное излучение.

Спектр второй дифракционной решетки равен г и — "2Ь sin 2Т (9- --)А

1 ° (-1) 2Т (4 — — -)А

1394165 ных решеток а 9о

sin п — — n -1 — 2h

L 3 (1-1

1 П

sin 2о (4 )А и

) — . (4)

2Г(4 — — — )А

L для упрощения формул пусть а = вЂ, тогда имеем

2 10 — у sin 2Г (9 — — -)А

2Т (4 — — -)А

L з1n — — n

s,(A ) 1 (1-1 (5) II — — и

n=-со

sin 2к (4 — — — -)А

L (6) 2п (4 — --) А

1

Я вЂ” 2h (4) = А (1+1

sin 2 Г(4 A

2ТЯ- А (7) Из Формул (6) и (7) видно, что 30

1) при h=0 Sî, (4 ) = Оэ а

1 з; и 2 У (— - .— ) А к а

2к(4 — — ) А

s, (4) =О.

Sî (q) = 2A sin 2»9 А о

2о А

В третьем случае в нулевой порядок волна не дифрагирует. Следовательно, дифракция в первый порядок возрастает.

Если приемник отраженного от ре40 ше тки элек тром агн итно го излучения квадратичный, то для выходной мощности имеем следующие формулы:

2) при h = — — S (Я) Я о о

sin 2 о1А аs(0)=2А —— о 2о1 А

О.

3) при h= — S„(4 ) 1

sin 2в (4 — — -)A

8А 2Т (1 ) = — — (1-cos — — ° 2h) h

Р. (4 ) = s, (4) s.

2 (4 — — -) — 
2 (4 ) ° S (g ) 2А (1+сов 2h) Если учитывают только первый порядок дифракции и выбирают определенную величину угла (= с, то зависимость периода дифракционной решетки

55 от длины волны A следующая:

Я

sing

Если период дифракционной решетки изменять в пределах L n ?. — Е „„

Результирующий спектр равен сумме спектров первой и второй дифракционЪ

s (g ) = s, (a )+s (1 ) =2А К

h -- - oo

Из формулы(5) видно, что все четные порядки спектра равны нулю, кроме нулевого. дЛ

$ (4 ) = (1-1 )

2А о

Рля нулевого порядка дифракции где звездочкой («) обозначена комплексно-сопряженная величина.

Как известно, угол ср (фиг.1) > под которым будет максимум дифрагированного электромагнитного излучения, определяется по Формуле и л

sin (p

L где n — порядок дифракции.

Учитывая только первый порядок дифракции, получают формулу (если в формуле (5) приравнивают и к единице) формула имеет следующий вид:

1394165 то под углом (дифрагируют волны, длина которых изменяется в пределах

L мин s>n 9с > L макс s n IO °

Дифракционную решетку с переменным 5 периодом можно изготовить таким образом. На боковой поверхности металлического цилиндра делают канавки с переменной шириной (фиг. 2) . Эти канавки можно делать способом, подобным тому, как делают печатные монтажные платы, с помощью негатива рисунка проводя,, щих дорожек.

С помощью зеркал 3 и 4 (фиг.3) электромагнитное излучение фокусируют на дифракционную решетку 1 на участок в виде узкой полосы вдоль образующей цилиндра (на фиг.2 ширина полосы равна Ь) Дифрагированное под углом электромагнитное излучение с помо. о щью зеркал 5 и 6 фокусируют на блок

7 регистрации, Если теперь дифракционную решетку

1 вращать, то по очереди подвергаются облучению полосы решетки с изменяющимся периодом L. Следовательно, за один оборот цилиндра будет пройден весь исследуемый частотный диапазон.

Формула из обретения

Спектрометр, содержащий последова- 35 тельно оптически связанные источник электромагнитного излучения, первую фокусирующую систему, дифракционную решетку, вторую фокусирующую систему и блок регистрации, о т л и ч а ю- 40 шийся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения спектра импульсиого электромагнитного излучения, дифракционная решетка выполнена на поверхности металлического цилиндра, установленного с возможностью вращения вокруг своей оси, причем дифракционная решетка выполнена в виде чередующихся канавок и выступов, равномерно расположенных вдоль образующей металлического цилиндра, при этом период дифракционной решетки изменяется линейно вдоль окружнос мик ти металлического цилиндра от — до

sand, 1 макс

sin ц —.— — —, где Ъ вЂ” минимальмик макс о ная и максимальная длины волн электромагнитного излучения,, — угол дифракции, первая фокусирующая система состоит из первого зеркала в виде эллиптического цилиндра и второго зеркала в виде параболического цилиндра, причем образующая первого зеркала параллельна, а второго зеркала нормальна образующей металлического цилиндра, причем источник электромагнитного излучения размещен в первой фокальной области первой фокусирующей системы, а ее вторая фокальная область совпадает с образующей металлического цилиндра, вторая фокусирующая система состоит из третьего зеркала в виде параболического цилиндра, образующая которого параллельна образующей металлического цилиндра и четвертого зеркала в виде параболоида вращения, ось симметрии которого образует угол у, с образующей металлического цилиндра, причем первая фокальная область второ" Аокусирующей системы совпадает с образующей металлическorо цилиндра, а блок регистрации размещен в ее второй фокальной области.

1 3941 65

Фиг. 1

Фиг. 2

1394165

Фиг 4

Составитель А.Лысов

Текред Л.Сердюкова Корректор С.Черни

Редактор Л.Лангазо

Заказ 2218/43 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4