Растровый спектрометр с селективной модуляцией

 

Изобретение относится к области оптического спектрального приборостроения. Целью изобретения является увеличение светосилы и расширение спектрального диапазона. В растровом спектрометре растры имеют прямоугольный контур и состоят из прозрачных и непрозрачных полос, чередование которых соответствует чередованию единичных и нулевых рабочих элементов. Это чередование соответствует предельно компактной циклической последовательности. Рабочие элементы в каждом растре размещены наклонно по отношению к прямоугольному контуру. Число рабочих элементов, укладывающихся по полю каждого из растров в направлении дисперсии монохроматора, хотя бы на единицу меньше периода циклической последовательности. Число рабочих элементов, укладывающихся по полю растров в направлении, перпендикулярном дисперсии, равно целому числу периодов циклической последовательности. В спектрометре упрощается конструкция за счет исключения предварительной фильтрации излучения. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ(Х

РЕСПУБЛИК

„„SU„„ l 561 (51)" G Ol J 3/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! (2) ) 4280271/40-25 (22) 07.07.87 (46) 30.05.90. юл. № 20 (72) Ю. В. Ма рки н (53) 535.853 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 968629, кл. G 01 J 3/12, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 798505, кл. G Ol J 3/12, 1978. (54) РАСТРОВЪ|И СПЕКТРОМЕТР С СЕЛЕКТИВНОИ МОДУЛЯЦИЕ|| (57) Изобретение относится к области оптического спектрального приборостроения. Целью изобретения является увеличение светосилы и расширение спектрального диапазона. В растровом спектрометре растры имеют прямоугольный контур н c(стоят и; прозрачных и непрозрачных полос, «ередоИзобретение относится к спектральному оптическому приборостроению, Цель изобретения — увеличение светосилы и расширение спектрального диапазона.

На фиг. 1 представлена схема растро ного спектрометра; на фиг. 2 — пример H p дельно компактной циклической последовательности периода %==11; на фиг. 3 — — соответствующий этой последовательности растр: на фиг. 4, 5 — функции пропускания растрового спектрометра при работе выходного растра на пропускание и отражение соответственно; на фиг. 6 — результирующая аппаратная функция спектрометра.

Растровый спектрометр с селективной модуляцией содержит входной растр 1, монохроматор, состоящий из коллиматорного объектива 2, диспергирующей системы 3 и фокусирующего объектива 4, выходной растр

5, систему исключения постоянной состав ляющей из объективов 6 и 7 и модулятора 8, приемно-регистрирующую систему 9. Диспер2 ванне которых соответствует чередованию единичных и нулевых р", >о«их элементов.

Это чередование соотне(ствует предельнс компактной циклической последовательности. Рабочие элементы в каждом растре размещены наклонно по отношению к прямоугольному контуру. Число рабочих элеме Tol, укладывающихся по полю каждо1.о из ра. тров в направлении дисперсии монохроматопа, хотя бы на единицу меньше периода цнклп-(вской последовательности. Число ра6(t«Hx элементов, укладывающихся по по IIo растров в направлении, и рпендикулярн(1м

;lIfoI .рсии, ранно целому числу периодов циклич ской последовате lt Ho(ти. В спектром тре упр(1щается конструкпин зa счег исключ(нпя ilp(tIÂaр1 тельной фи.. ьтp !!1ин нз. 1 (ния. 6 и.:.

ГПрy HI,I сИСГЕМа 3;1р(детаВЛяЕ1 СО6 й, н;(пример, дифракционную решетку. Неп| озра«ныс элементы выходного растра 5 выполнены зеркальными. Модулятор 8 HM(ег зерк; 111;ыс ламмелп 11|юзр(1«ны(и í l1! о

31! а П Ы в уЛСМЕНТЫ Раг РОВ вы ПОЛНЕ Н Ы В НИ !t равнь. I о ширине и параллельl! û t: 11 у .

lpga гу llo lot, ч(17(tt на!IHo I(ol()jtht. со(:1ветс;ну ет чередованию еднни«1 ых и Hv. I(HH! i элементов пргдельн(I.(tvI! .Нтной Никли lt ской посл(донательно TH 1 (11иг. 21 Д IH бсспечения контура вппара гной функции без побочнь1х максимумов (ис.10 рабо«их деме тов, укладывающихся по 11олю растров в напр-I». :«HH .1« tt(p;HI„. (, . тя 61,1 нз t zHI«. меныне периода Ъ соответствующей циклн ч еской последовательности, ч исло и розра чных и Ilt прозрачных I tilt. Нтов у клпд . нающихсн по полю растров в на1;р11нленн11, псрпенднкy .Itlðt.oì дпспер Htl. % р:1вня(T. я

ЦЕЛОМУ ЧИСЛy ПЕРИОДОВ Ш К lH IÅÑÊÎH ПОС.I( довательнос(н, т е. (А — 1 и А = — k,, где lг= 1, 2, 3,... В варианте конкретно .о

1567892 выполнения растров (фиг. 3) N =11, N — — N— — 1=10, N> — 1 ° 11=11. При расположении растров в оптической схеме направление полос выходного растра совпадает с направлением изображений полос входного растра в плоскости выходного растра.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от исследуемого источни ка проходит прозрачные элементы входного раст ра 1, попадает на коллиматорный объектив

2, который формирует параллельный пучок и посылает его на диспергирующую систему

3. Разложенное в спектр излучение попадает на фокусирующий объектив 4, который строит ряд смещенных друг относительно друга в направлении дисперсии монохроматических изображений входного растра 1 на выходном растре 5. Если площадь выходного растра разбить на узкие сечения в направлении, перпендикулярном дисперсии, то распределение пропускания и отражения вдоль этого сечения, а также распределение освещенности в каждом таком сечении монохроматических изображений входного растра будут описываться циклической последовательностью длиной в целое число ее периодов. Причем распределение отражения в указанных сечениях выходного растра будет соответствовать дополнительной циклической последовательности, которая образована из исходной заменой единичных элементов на нулевые, а нулевых — на единичные.

Величина монохроматического потока, прошедшего и отраженного от каждого такого сечения выходного растра будет определяться соответственно значениями функций автокорреляций исходной последовательности и функции корреляции исходной последовательности и дополнительной к ней. Под автокорреляционной функцией и корреляционной функцией понимается зависимость суммы произведений взаимно-совпадающих членов последовательностей от величины циклического сдвига между этими последовательностями. Предельно компактные циклические последовательности имеют двузначные автокорреляционную и корреляционную функции. T. е. если величина циклического сдвига между последовательностями равна нулю, то значение автокорреляцион ной функции равно (N+1) /2N, а корреляционная функция при этом обращается в нуль. Если же величина циклического сдвига между последовательностями становиться больше единицы, то автокорреляционная и корреляционная функции принимают значение (Л/+ 1)/4N, которое при увеличении циклического сдвига не меняется.

На длине волны настройки Х0 монохроматическое изображение входного растра 1 в точности совпадает с выходным растром 5.

При этом величина циклического сдвига между последовательностями, описывающими пропускание (отражение) каждого сечения выходного растра 5 в направлении, перпендикулярном дисперсии, и последовательностями, описывающими в этих же сечениях распределение освещенности монохроматического изображения входного растра, равна нулю. Поэтому величина потока, прошедшего выходной растр, будет пропорциональна площади выходного растра Sp.FpSp(N+1)/2N, а величина потока, отраженного от выходного растра, будет равна нулю.

10 Для других длин волн 4 монохроматические изображения входного растра 1 не совпадают с выходным растром 5 и площадь их взаимного пересечения S; тем меньше площади выходного растра Sp, чем дальше длина волны 4 отстоит от длины волны настройки Х0. Если длина волны 4 отличается от Х0 на величину большую, чем разрешаемый спектральный интервал, то значение циклического сдвига между последовательностями, описывающими в каждом пер20 пендикулярном дисперсии сечении распределение пропускания (отражения) выходного растра и распределение освещенности совпадающего с н им сечения монохроматического изображения входного растра, больше единицы. Поэтому величины прошедшего через выходной растр и отраженного от него монохроматического потока одинаковы и пропорциональны площади пересечения выходного растра и монохроматического изображения входного растра S;:F; S(N+1)/4N.

30 Проходящий и отраженный от выходного растра потоки Fi u Fz (фиг. 4, 5) зеркальными объективами 6 и 7 направляются на вращающийся модулятор 8 с зеркальными ламмелями. При вращении модулятора 8 в приемно-регистрирующую систему 9

g5 поочередно поступают световые потоки, прошедшие через растр 5 и отраженные от него. Приемно-регистрирующая система 9 настроена на частоту модуляции и регистрирует разность Fi — Fg=Fp+Fi — F;=Fp, т. е. только переменный сигнал от светового потока с длиной волны настройки ko (фиг. 6).

Изменение этой длины волны, т. е. сканирование спектра, осуществляется поворотом диспергирующей системы 3.

В растровом спектрометре прозрачные и

4 непрозрачные рабочие элементы расположены по полю растров в соответствии с чередованием нулей и единиц предельно компактной циклической последовательности. Однако в п редл а г аемом спектро метре целому

-окислу периодов циклической последовательSG ности соответствует пропускание сечения растров не параллельного, как в прототипе, а перпендикулярного направлению дисперсии. Такое расположение рабочих элементов растров сохраняет аппаратную функцию без побочных максимумов и высокое разрешение, определяющееся шириной рабочего элемента в направлении дисперсии, а также обеспечивает преимущества спектрометра, кото1567892

Формула изобретения фиг. 2 рые заключаются в двукратном увеличении светосилы за счет использования всей площади выходного растра и упрощении конструкции за счет исключения предварительной фильтрации излучения.

Растровый спектрометр с селективной модуляцией, содержащий оптически связанные монохроматор с входным и выходным растрами, имеющими прямоугольный контур и состоящими из прозрачных и непрозрачных полос, чередование которых соответствует чередованию единичных и нулевых элементов в одной и той же предельно компактной циклической последовательнос6 ти, систему исключения постоянной составляющей и приемно-регистрирующую систему, отличающийся тем, что, с целью увеличения светосилы и расширения спектрального диапазона, рабочие элементы растра размещены по полю растра наклонно по отношению к его прямоугольному контуру так, что число рабочих элементов растра, укладывающихся по полю каждого из растров в направлении дисперсии монохроматора по крайней мере на единицу меньше периода предельно компактной циклической последовательности, а число рабочих элементов растра, укладывающихся по полю каждого из растров в направлении, перпендикулярном дисперсии монохроматора, равно целому числу периодов предельно компактной циклической последовательности.

1567892

uz.

Юыг. Ю л.

Фиг. 6

СоставительС. Иванов

Редактор А. Долинин Техред И. Верес Корректор Л. Патай

Заказ 1316 Тираж 424 Поднисное

ВНИИПИ Государственного комитета но изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101