Спектрограф

 

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Целью изобретения является повышение разрешающей способности путем минимизации аберрационных характеристик дифракционной решетки. Спектрограф состоит из трех элементов: входной щели, вогнутой нарезной дифракционной решетки и регистрирующего устройства с плоской приемной поверхностью. Величины радиуса криволинейности штрихов решетки, расстояния между штрихами, расстояния от решетки до центра регистрирующего устройства рассчитываются по формулам, приведенным в описании изобретения. В спектрографе получается улучшение качества изображения при регистрации на такие приемники, как линейки фотодиодов, передающие телевизионные трубки и ЭОПы. 1 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1 сю4С О1 13/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4325455/40-25 (22) 06. 11.87 (46) 15.11.89. Бюл. и 42 (72) Ю.С.Нагулин, Ю,В.Бажанов, Л.К.Зайнуллина и С.А.Стрежнев (53) 535.853 (088 ° 8) (56) Патент Франции М 2334947, кл. G 01 J 3/18, 1.977.

Пейсахсон И.В. Применение вогнутых дифракционных решеток в спектральных приборах. - В сб.: Современ" ные тенденции в технике спектроско". пии/ Под ред. С.Г.Раутиана. - Новосибирск: Наука, 1982, с.122-123., (54) СПЕКТРОГРАФ (57) Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению.

-Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при создании спектрографов с плоским полем с неклассическими вогнутыми нарезными дифракционными решетками с переменным шагом и непря" молинейными штрихами °

Цель изобретения - повышение разрешающей способности путем минимизации аберрационных характеристик дифракционной решетки.

На чертеже показана оптическая схема спектрографа.

Спектрограф содержит входную щель

1, вогнутую нарезную дифракционную решетку 2 с радиусом г, криволинейными штрихами с радиусом кривизны и переменным расстоянием 1 между штрихами, регистрирующее устройство 3 .с плоской приемной поверхностью, причем

Целью изобретения является повышение разрешающей способности путем минимизации аберрационных характеристик дифракционной решетки. Спектрограф состоит из трех элементов: входной щели, вогнутой нарезной дифракционной решетки и регистрирующего устройства с плоской приемной поверхностью. Величины радиуса криволинейности штрихов решетки, расстояния между штрихами, расстояния от решетки до центра приемной поверхности приведены в описании. Спектрограф улучшает качество изображения при регистрации на такие приемники, как линейки фотодиодов, передающие телевизионные трубки и

ЭОПы. 1 ил.

d - -расстояние от вершины решетки 2 до входной щели 1, (- угол падения

f I излучения на решетку 2, q, и (у углы дифракции на краях регистрируемой рабочей спектральной области длин волн, Ц вЂ” угол дифракции, соответствующий средней длине волны регистрируемой рабочей спектральной области длин волн, d — расстояние от решетки

2 до центра регистрирующего устройства 3, 1 - расстояние между штрихами на вершине решетки 2, у - угол между плоскостью приемной поверхности регистрирующего устройства 3 и расстоянием d, у - координата решетки 2 в направлении дисперсии.

Спектрограф работает следующим образом.

Излучение от входной цели 1 падает под углом <у на вогнутую нарезную ди1522046

1 со s(1)

r d

55 фракционную решетку 2, находящуюся на расстоянии d от входной щели 1. Штрихи решетки выполнены с радиусом р кривизны и с переменным расстоянием 1 между штрихами решетки 2.

Дифрагированное под углами (, -(! решеткой 2 излучение фокусируется на ( расстоянии d от вершины 0 решетки 2 в плоскости приемной поверхности регистрирующего устройства 3, под углом()между плоскостью приемной поверхности регистрирующего устройства

II

3 и прямой 0 О, проходящей через верII шину 0 решетки 2 и центр 0 плоскости приемной поверхности регистрирующего устройства 3. Фокусировка спектра на плоскости приемной поверхности регистрирующего устройства, находя" щейся на расстоянии dо от вершины 0 решетки 2 и повышение разрешающей способности спектрографа по спектру достигаются за счет минимизации аберрационных характеристик вогнутой нарезной дифракционной решетки 2 и вы- 25 полнения на решетке 2 штрихов с радиусом кривизны р и с переменными расстоянием 1 между штрихами решетки согласно рассчитанным соотношениям: а! 30 — (1}

2 а4а5 аъаб

1 = 1 (1 + †--"-"}, (2) а а а3 а4 центр плоской приемной поверхности регистрирующего устройства расположен 35 на расстоянии а4(а а -а,аь) а (а аь-а а 4)+а (а4а,-а а )

От ВершиНы ВОГнутОЙ нарезной дифрак 40 ционной решетки, где а, = sin ()(sin ((F81ï(1)-2С, )+-Ра2 = (S, sing+-,S ) (- —, . )+ 45

1 2 1 sin +(г()

2 r d, sin(p!

cos(P 1 cos ((()+(т())

+(Fsing-с } ()+,, I(1 1 х (-F — — S - с sing)

2 4 а =Ь, соя(Гsin Q(с, -Fsinq ) !

° 2

- (S sin(1)+ -S )

sin (!) I . 1

r 2

1 4 а =81ntIjs(t(!!St! ) (Ьаslllti с, +

Г1

+соя ((1 +(,) (— с, sining- -(F — -S4)J а =ВЫ(((Ь! соя(1)(Ь,F соя(() + .г, + -S ) + — (-F+-. ) т r 2 4 а - -bsintttcost(Lb

+ — c cos(Q+(g ) — — (кап((1)+(() (-Г+

r 8

+ -S<+ — S4)+-c, cos ((1)+(р,);

1 (1 ! т ))!

С аа СОЯ (n(1 ) Сов (n(1 )

S„=sin (п(2)-sin (n(f,);

n - показатель кратности углов ди" ! ( фракции Cg, и (m — показатель степени функций;

1 з

Приведем обоснование рассчетных значений Формул (1} - (3} °

Условия Фокусировки меридионального и сагиттального изображений в одной плоскости - в плоскости приемной поверхности, можно записать в виде

V, V2=0, причем

co8 ttt co8 tD cos(On+con а

V + +

d ДУ

+(sin()+sin(g ) p; ! ! 1 cps +cps(t eint)+sintf

2 (1 -(1 r P о где d — расстояние до плоскости изображения в меридианальной плоскости; ! — расстояние до плоскости изоб. ражения в сагиттальной плоскости;

- коэффициент изменения шага, характеризующий расстояние между штрихами решетки (1

=1 (1+ (у) по координате в направлении дисперсии решетки;

P — - радиус кривизны штриха.

Расстояние до плоскости приемной поверхности для произвольных ее точек и произвольных углов дифракции 1"

d, sin(II

ВЗ- (У+ЧО-Ч ) (при крайних значениях на крнцах плоской приемной поверхности Ц соответ" ственно равен (р! и ((2}. !

Дефокусировка спектрального изображения

1= а 1

a

1 =1 (1 + о а а - а а

6 Ъ 4 центр плоской приемной поверхности

2р регистрирующего устройства расположен на расстоянии

4(З 4 6) о а3а4) а{(a4 а6. от вершины вогнутой нарезной дифракционной решетки, где at =sining psing(Fsin(f-2ñ, )+-Р—

J Здд да «@ 1{ =О; (7)

Решив систему уравнений (7) получают выражение (3) и

5 1522046 6 д{) = д -д волинейными штрихами и переменным

I причем d находят из условия V, =0. расстоянием между ними и регистрируюДля нахождения оптимальных парамет- щее устройство с плоской приемной поров решетки и схемы ее использования верхностью, отличающийся

5 неоЬходимо минимизировать величину ДЙ тем, что, с целью повышения разрешаюдефокусировки, а также величину откло- щей способности путем минимизации нения от условия фокусировки изобра- аберрационных характеристик дифракцижения (V ) e сагитальной плоскости. онной решетки, криволинейные штрихи

Минимизация указанных параметров про- 10 дифракционной решетки выполнены с водится в интервале углов дифракции радиусом

f {

Ц,- { в виде

{-Рг дЕ

Е---dg =О

3 0(;

Ч где Š— оценочная функция;

Ы; - параметры оптимизации.

Принимая во внимание, что Е

Д{3({1,,р), получаем систему ура ний I

Чг

"4а араб (8) а,а6-а3а4 с учетом которого переменное расстояние 1 между штрихами решетки удовлетворяет соотношению (2).

Для определения величины радиуса р кривизны штрихов рассмотрим Функцию согласно (6) в зависимости от р при

-d =d г = ч,(р). (9)

Таким образом, имеют

Ча

v dq - =о (10)

{31 P преобразуя (10), получают выражение (1).

Спектрограф позволяет улучшить качество изображения при использовании таких регистрирующих устройств с плоской приемной поверхностью, как линейки фотодиодов, телевизионные передающие трубки и электронно-оптические преобразователи.

Формула изобретения

Спектрограф, содержащий оптически связанные входную щель, вогнутую нарезную дифракционную решетку с криа =(S siQ+-S9) (- — 4)+

1 . 1 sinCQ+U

2 r dsing о

1 сов +

) . х

+(Fsinif — с,)(35

1 1 ( х (-F — — S -с sing)2 4

a3=Ь{ cosgsin9P(c -Fain(g)

S1П9Ц)

40 — — (S, s inly+-82 )1

a<=sin() sin(g+Q ) (Ъ si+- 4с, +

{ 1 1 11-1

+cos(Q+(P ) à — с9sing- -(F S )

g3 8 44/

a>-sx.n {{ (Ь, сosg(b{ F cosQ+ -$ )+ —"

rt 2а

F 4 вВ» -Ь, ввщсову(Ь ввв(+у,)t

+ — 3 c tcos(Q+g )) — sin@+(f ) (Г+

{ 1 sin{1 Г . t 3

3 34) с, cos (Q+(f{)) 9

< - угол между плоскостью приемной поверхности регистрирующего устройства и прямой, проходящей через вершину решетки и

1522046

t5 сп

Ц "

ЧчУ

1 cosf

Ь- — —r 1

b S--S . у 1

Составитель С.Иванов

Редактор Л.Пчолинская Техред М.Дидык Корректор Т.палец

»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»

Заказ 6950/38 Тираж 466 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета о изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 центр плоскости приемной поверхности регистрирующего уст. ройства; угол падения; углы дифракции на краях регистрируемой рабочей спектральной области длин волн; угол дифракции, соответствующий средней длине волны регистриру- 10 емой рабочей спектральной области длин волн; радиус кривизны решетки; расстояние от вершины решетки до входной щели;

15 расстояние между штрихами на вершине решетки; координата решетки в направлении ее дисперсии;

I ( сОБ (п(, ) -соя (n(f );

sin (ng<)-sin (n(p, ); показатель кратнОсти углов дифракции (, и(, показатель степени функций в1п и cQs