Дифракционный монохроматор

 

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Целью изобретения является повышение светосилы и расширение рабочего диапазона спектра без смены решетки. Монохроматор состоит из входной и выходной щелей и вогнутой дифракционной решетки, установленной с возможностью поворота. Дифракционная решетка выполнена с переменным расстоянием D между штрихами, удовлетворяющим соотношению D=D<SB POS="POST">0</SB>(1+*98M<SB POS="POST">Y</SB>+*98H<SB POS="POST">Y</SB><SP POS="POST">2</SP>), где D<SB POS="POST">0</SB> - расстояние между штрихами у вершины решетки

Y - координаты на поверхности решетки в направлении, перпендикулярном штрихам

μ и ν - неравномерность шага штрихов. Отношение длин плеч монохроматора удовлетворяет условию: R<SP POS="POST">1</SP>/R=1,15÷1,55 в + 1-ом порядке дифракции. Неравномерность шага штрихов определяется из условия *98H=*98M<SP POS="POST">2</SP>-3R<SP POS="POST">1</SP>/[2<SP POS="POST">.</SP>(5÷6)R<SP POS="POST">.</SP>R<SP POS="POST">2</SP>], где R - радиус кривизны решетки. 1 ил.

(21) (22) (46) (72)

Г. П. (53) (56)

9 55

Б некл реше фикс ниче с. 2 (54) (57) кому

Цель свет

4414787/40-25

25.04 ° 88

23.11.90. Бюл. Ф 43

Г. А, Падалко, Е. A. Соколова, Старцев и M. П, Тверитинов

535.853(088.8)

Авторское свидетельство СССР

347, кл. G 01 3 3/18, 1975. ннов 10. В. Расчет параметров ссических вогнутых дифракционных ок в схемах монохроматоров с рованными щелями. — Оптико-мехакая промышленность, 1983, Ф 9, - 5.

ДИФРАКЦИОННЫЙ МОИОХРОМАТОР

Изобретение относится к оптичесспектральному приборостроению. изобретения является повышение силы и расширение рабочего диа2 пазона спектра без смены решетки. Монохроматор состоит из входной и выходной щелей и вогнутой дифракционной решетки, установленной с возможностью поворота. Дифракционная решетка выполнена с переменным расстоянием d между штрихами, удовлетворяющим соотношению

d = d (1 + pg +1 ), где d — расстояние между штрихами у вершины решетки; у — координаты на поверхности решетки в направлении, перпендикулярном штрихам; 10и — неравномерность шага штрихов. Отношение длин плеч монохроматора удовлетворяет условию: !

r /r = --1,15-1,55 в плюс первом порядке дифракции. Неравномерност -. шага штрихов определяется из условия

Г

3 rf(2 (5-6)rR j,, где 1(— ра- щ диус кривизны решетки. ил. му с

Ц силы спек

Н ма м

М выхо ную ния.

М обра

И чере нут обретение относится к оптическоектральному приборостроению. ь изобретения — повышение светорасширение рабочего диапазона ра без смены решетки. чертеже показана оптическая схе" нохроматора. нохроматор содержит входную 1 и ную 2 щели, вогнутую дифракционешетку 3 и механизм 4 сканированохроматор работает следующим ом. лучение, вошедшее l3 монохроматор входную щель 1, падает на вог-. дифракционную решетку 3. Дифрагированное излучение фокусируется диАракционной решеткой 3 на выходной щели 2. Механизм 4 сканирования обеспечивает поворот дифракционнои решетки вокруг оси О, проходящей через ее вер( шину. Расстояния r и г от входнои щели 1 и выходной щели 2 до дифракци" г онной рсшетки относятся как — = 1„15—

r г Ъ.

1,55. 11ри — c1,15 разрешение прибора ухудшается за счет роста сагиттальг ной комы, при — > 1,55 — за счет ро1 ,ста меридиональной комы.

1608441

При расчете параметров схем монохроматоров обычно минимизируются pac- f фокусировка, меридиональная кома и астигматизм Для дост е ия комле а- 5 . ции расфокусировки в двух точках рабочего спектрального диапазона решается система уравнений

Критерием оптимальности оптической схемы прибора является полуширина аппаратной функции. Для выяснения оптимального соотношения отрезков рассчитываются схемы монохроматоров, у которых соотношение изменяется в пределах .(0,8 (— .(5. Расчет показывает, что с

Э агро, З zoo

-=о; р, =o.

Для оптимизации меридиональной коЗР ъоо мш решается уравнение — = O. Парад гоо . 5 метр 1 oIKIIcf HcnoJIb3oBaTI КаК для компенсации сагиттальной комы, так и для более полной компенсации меридиональной комы.

В случае минимизации сагиттальной комы решается система уравнений

8F2oo а ... а.„.

= 0р

Azoo г BAsoo

ЯР а

3 Fzoo 0, оо 0 45

Br дг а ... р — 0

8

В результате решения этой системы, гг уравнений получается — = 0,8 - 1, 1.

В светосильных широкодиапазонных приборах при таком условии велика абер55 рация сагиттальной комы, которая ведет к ухудшению разрешающей способности. где F " А — коэффициенты разло1 к р к в Ряд функции 30 оптического пути.

Параметры r u r которые получаются в результате решения этой сиr стемы удовлетворяют условию— р г 35 3 — 5, однако в таких приборах меридиональная кома резко. возрастает по мере удаления ее от точки компен-. сации, и разрешающая способность таких приборов низка. l0

В случае наиболее полной минимизации меридианальной комы решается система уравнений для получения увеличения светосилы и рабочего диапазона спектра при сохранении разрешающей способности необхоrI димо выбрать — = 1 15 - 1 55. Для

t достижения такого же разрешения у светосильного широкодиапазонного монохроматора осуществляется дальнейшая оптимизация коэффициента .

В отличие от плоских у вогнутых дифракционных решеток плоскость каждого штриха имеет свою ориентацию относительно общей поверхности решетки.

В силу известной технологии нарезания решетки резец переходит от штриха к штриху без поворота режущей кромки, в результате чего нормали к поверхности различных штрихов взаимно параллельны. Вместе с тем нормали к точкам общей поверхности решетки поворачиваются. вокруг центра ее кривизны. В ре= зультате эффективность. вогнутой решетки изменяется по нарезанной площади, Учет изменения эффективности nD поверхности вогнутой решетки существенно меняет вид аппаратной функции.

Выбирая соответствующим образом угол блеска, можно добиться того, что уча сток решетки, который вносит наибольший вклад в абберацин для данной длины волны, будет иметь для этой длины волны наименьшую эффективностьр что позволяет уменьшить полуширину аппаратной функции и повысить разрешающую способность прибора.

В расчете дифракцнонного монохроматора решают обратную задачу - коэф" фициент g выбирают таким образом, что сложение аберраций комы и дефокусировки для данной длины волны наблюдается для тех участков решетки, эффекгивность которых для этой длины волны минимальна, На участках с большей.эффективностью эти аберрации вычитаются.

Для выбора коэффициента 1 рассчитывается полуширина аппаратной функции для меридиональной плоскости решетки с различными значениями

Значение 4 изменяется в пределах от до 4 р где — коэффициент 9 со ни а точ че тр . ре обе для при дио спе

В и етс вес тех раж выш зон р м у л а изобретения фракционный монохроматор, содерй оптически связанные входную

5 1608441 6 тветствующий компенсации меридио- щель, установленную с возможностью по ьной комы в крайнем левом положе- ворота вогнутую дифракционную решетку рабочего спектрального диапазона, с переменным расстоянием Й между то же, в крайней правой его штрихами удовлетворяющим соотношению

Э е. При этом выбирается такое эна- d d (1 + p ) + 4 )< ), где d g - расиеv, при котором сумма полуширин- стояние между соседними штрихами в аратных функций в трех точках спек- вершине вогнутой дифракционной решетбыпа бы минимальной. ки, у " координата точки на поверхноВыбор неравномерности шага штрихов 1р сти решетки в направлении, перпендиетки из условия кулярном штрихам, 1и и 4 - неравномера 3 r ность шага штрихов решетки, и выходЧ = 4

2 75 6) т R,,ную щедь, прн этом расстояние т от =l" печивает максимально возможное входной щели до вершины вогнутой дифданной конструкции разрешение 15 ракционной решетки и расстояние r от ора за счет взаимодействия мери- вершины вогнутой дифракционной решетальной комы, дефокусировки и ки до выходной щели удовлетворяют устрального козффнц ента отра ения. ловию в плюс первом едлагаемом монохроматоре достигатакое же разрешение, как и в .из- 20 порядке дифракции, о т л и ч а юных монохроматорах типа ИУК при шийся тем, что, r целью повышеже габаритах и таком же числе от- ния светосилы и расширения рабочего ний. Светосила B монохроматоре по - диапазона спектра без смены решетки, ется в 2,3 раза, а рабочий диапа- неравномерность шага штрихов решетки расширяется на 30%. 25 определяется из соотношения = (М—

3 r т тс;Эта кривизны вогнутой дифракционной решетки.

1608441

Составитель С. Иванов

Техред N,Äèäûê Корректор H.Иаксимининец

Редактор А. Козориз

Заказ 3606 Тираж 429 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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