Растровый спектрометр

 

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению Целью изобретения является повышение разрешения Излучение проходит входной растр 3, размещенный на плоском торце волоконной линзы 2„ На этом же торце размещен выходной подвижный растр 5 На выходе волоконной линзы 2 установлен пакет 1 пленарных, световодов о Этот пакет передает излучение на дифракционную решетку ч, выполненную цилиндрической Дифрагированное излучение опять попадает в пакет 1 планарных световодов н через второй торец волоконной линзы 2 идет к выхолно.ту растру 50 Зторой -орел ..нчы 2 и форма пакета 1 соотве - к л гу Роуланда решетки +: В приборе отсутствуют астигматизм чсех порядке}, искривление растров и earn т алы-, а-1 кома В интегральном лслолт ши прибор компактен и портативен 2 м..

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (Sl)5 G 01 J 3/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

IlQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И О?БРАТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4622985/25 (22) 26.09.88 (46) 15.02.91. Бил. ¹ 6 (71) Ленинградский институт водного транспорта (72) В.В.Исаков (53) 535,853(088.8) (5á) KaD?iya К., 0kada К. А Multislit

Сопсаче Grating gSpectrometer. — Optiса1 "nmmuns, 1976, 16| р, 182- 85.

Kamnya. 0hcki à Multislit Spectrometer for the Night Airglow Observe.ation. — Science of Light, 1977, 26, р-.61-б9. (54) РАСТРОВ&!Й СПЕКТРО!!ЕТР (57) Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению.

Цел»ю изобретения является повьш?е??ие

ÄÄSUÄÄ 1627S64 А1 разрешения. Излучение проходит входной растр 3, размещеннь?й на плоском торце волоконной линзы 2. На этом же торце размец ен вь?ходно?? подв??жный растр 5. На выходе волоконной линзы

2 установлен пакет планарнь?х свето— водов. Этот пакет передает излучение на дисэракционную решетку 4, вь?полненную цилиндрической. Дифрагирова????ое излучение опять попадает в па?ет план рнь х световодс?3 ?: через вторс.й торец волоко??ной:;???-? 3bI идет с выходно: у растру 5 ?торой -оре.? с.ииэы

2 и ?1?op ?a пакета 1 соатве гству? ". к?у. гу Роуланда решетк?. -4- В ?;риборе отсутствуют астигматиэ-? .се порядков, искривление растров и саги;т.чька ? кома. В интегральном сполн .?ии гри-бср компактен и порта??вен. 2

3 1627864 4

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению.

Целью изобретения является повышение разрешения.

На фиг.l схематически изображено устройство в двух проекциях; на фнг.,2 — одно из волокон волоконной линзы

Устройство содержит пакет 1 пла" нарных световодов толщиной t, склеенных оптическим клеем, волоконную линзу 2, входной растр 3, дифракционную решетку 4, выходной растр 5, защитные пластины 6 из стекла, светопоглощающий слой 7 из углеродного соединенияo

Иа фиг,l и 2 приняты следующие

050значения: К вЂ” радиус кривизны цилиндрической дифракционной решетки, равный 90 мм; а — заштрихованная ч, сть дифракционной решетки; Н вЂ” высота устройства; Т вЂ” толщина пакета (1", d u d - размеры входного и выход ого растров; -, и (Pz — углы меж-25 ду оптической осью и краями выходно(1

ro растра; (, и Ц> — угли между осью и краями выходного растра; 12радиус внутренней цилиндрической поверхности; 1< — радиус наружной ци- 30 линдрической поверхности волокна.

H-R — неизогнутый участок волокна, добавленный для удобства изготовления линзы 2.

Устройство работает следующим об" разом.

Излу:ение входного объекта падает на входной растр 3, затем проходит (ерез линзу 2 в пакет 1, Здесь в каж- 4 дом слое независимо поток излучения дифрагирует на дифракционной решетке

4 и фокусируется ею на круге Роуланда — торце пакета 1. Затем снова поток проходит через волоконную линзу 45

2 на ее плоскую поверхность. Но плоской поверхности линзы 2 могут передвигаться выходной растр 5 с фотоэлектронным умножителем. 11оток излучения проходит через выходной растр 5 и попадает в фотоумножитель. Выходной ток фотоумножителя будет максимальным для тех положений выходного растра 5, при которых растр 5 точно совмещается с изображением входного ра55 стра 3 в длинах волн, присутствующих в исследуемом спектре.

В предлагаемом устройстве выходной растр 5 зеркально-симметричен входному 3 для любого положения растра 5 на плоской поверхности линзы ?.

То, что растр 5 зеркален растру 3, следует из основного уравнения отражательной дифракционной решетки

sin Q(+ sin Ц)(= KNQ/п(()

sin (+ з п Ч(— KN Я/n(Q), (l )

rpe (P, <42

Ч Чг.

iЭ вЂ” углы, указанные на

d=Ь„-Z„, d =Ь, (Зб)

Можно расписать Ь<, L L и Ь„ ( аналогично формуле (2); Тогда получим нз уравнения (Зб) (За) d = Ь, — ? 2 =К (sing, -sin(/ ), (4)

Теперь s in Cf (и ып (2 распишем по формулам (l ): а (О Ф

d =R(KN — — — sin(o )-R(KN —— п (Я) (n (Q) з п ) = .-R(sin ф — sin g-„), (5,(Можно заметить, что фиго 11

К вЂ” порядок дифракции (здесь K=1); п(ф) — показатель преломления материала световодов пакета для длины волны

Из формул (1) следуе(, что если (р, (, то Cp()(2, т,,е. изображение

I ( растра 3 будет зеркальным.

Теперь покажем, что сохраняется размер растра. Закон укладки волокон в волоконной линзы 2 подобран так, чтобы расстояние от середины плоской поверхности линзы до волокна равнялось его радиусу изгиба и длине хор" ды, соединяющей середину цилиндрической поверхности с торцом волокна, выходящим на эту поверхнос(ь.

При этом по фиг.2:

1(= R sinV,;1 = R. sing2, (2)

Представим ширины входного 3 и выходного 5 растров (фиг.l) как разность расстояний от середины плоскзй поверхности линзы 2 до наружного края растра и от середины той же поверхносги до внутреннего края растра;

l6

L К sing, L К $1п Че т.е. (5) приводится к виду

d =- (L(- L ) =-d.

Аналогично можно рассмотреть любой элемент растра 3 и показать, что его размеры сохраняются.

В приборе вследствие наличия пакета 1 планарных световодов отсутствуют астигматизи всех порядков, искривление растров, сагиттальная кома.

Применение фокусировки на круге Роуланда исключает меридионлльную кому и кому децентровки. Определяющей является дифракционная аберрация ($) << 4-6 мкм) .

Интегральное исполнение прибора позволяет существенно упростить пользование растровым спектрометром, сделать его компактным, более легким и портативным.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Растровый спектрометр, содержащий оптически связанные входной растр, 27864 6 вогнутую дифракционную решетку и выходной подвижный растр, выполненный зеркапьно симметрично входному растру отличающийся тем что, с целью повышения разрешения, он дополнительно содержит волоконную линзу и пакет планарных световодов, вогнутая дифракционная решетка выполнена цилиндрической со штрихами, параллельными образующей цилиндра, волоконная линза и пакет планарных световодов размещены последователь- но по ходу луча между входным раст15 ром и вогнутой дифракционной решеткой, причем первый торец волоконной линзы выполнен плоским с размещенными на нем входным и выходным подвижным растрами, а второй торец волоконной линзы выполнен в виде цилиндрической поверхности, радиус которой равен радиусу круга Роуланда вогнутой дифракционной решетки, при этом рабочая поверхность пакета планарных световодов выполнена с радиусом, равным радиусу второго торца волоконной линзы, и установлена вплотную к ней и к вершине вогнутой дифракционной решетки.