Спектрограф со скрещенной дисперсией

 

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Цель изобретения - упрощение конструкции. В спектрографе со скрещенной дисперсией вместо использования дополнительного диспергирующего элемента выполняют на рабочей поверхности дифракционной решетки di + tg2 fc cos (p , а расстояние d2 дополнительные штрихи, Эти штрихи перпендикулярны основным штрихам. Расстояние di между основными штрихами удовлетворяют соотношению К/ 2 между дополнительными штрихами - соотношению da Я + . sin2 e/cos y (i + sin e) ), где А- длина волны дифрагированного излучения , к - рабочий порядок спектра, Ј - угол наклона оптической оси падающего на решетку пучка к плоскости, перпендикулярной основным штрихам, р - угол между нормалью к решетке и проекцией оптической оси падающего на решетку пучка на плоскость, перпендикулярную основным штрихам. В спектрографе дифракционная решетка совмещает в себе функции основного и дополнительного диспергирующих элементов и таким образом уменьшается число оптических элементов 1 ил. Ј

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 J 3 /18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, а расстояние д2

|р ф, Ql

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4821377/25 (22) 28.03.90 (46) 30.06.92. Бюл. М 24 (71) Государственный институт прикладной оптики (72) Д.А.Журавлев, В,П,Журавлева, В.В.Куинджи и С.А.Стержнев (53) 535.853 (088. о) (56) Авторское свидетельство СССР

1ч 1402816, кл. G 01 J 3/18, 1988.

Тарасов К.И, Спектральные приборы.—

Л.: Машиностроение, 1977, с,151. (54) СПЕКТРОГРАФ СО СКРЕЩЕННОЙ

ДИСПЕРСИЕЙ (57) Изобретение относится к оптическому .спектральному приборостроению. Цель изобретения — упрощение конструкции. В спектрографе со скрещенной дисперсией вместо испол ьзования допол нительного диспергирующего элемента выполняют на рабочей поверхности дифракцион ной решетки

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению и может быть использовано при создании высокоинформативной спектральной аппаратуры.

Известны спектрографы с диспергирующей системой, содержащей дифракционную решетку типа эшелле, работающую в высоких порядках спектра, и дополнитель-. ный диспергирующий элемент с направлением дисперсии, перпендикулярным направлению дисперсии эшелле, обеспечивающий пространственное разделение строчек спектров разных порядков. При этом может одновременно регистрироваться одна или несколько строчек спектра. В качестве дополнительного диспергирующе„, Ы„, 1744513 А1 дополнительные штрихи, Эти штрихи перпендикулярны основным штрихам, Расстояние d1 между основными штрихами удовлетворяют соотношению между дополнительными штрихами — соотношению

d2 il Со Я +сos +sin Е40в ф(1 + sin E) ), 2 . 2 где А — длина волны дифрагированного излучения, к — рабочий порядок спектра, я — угол наклона оптической ос и падающего на решетку пучка к плоскости, перпендикулярной основным штрихам, < — угол между нор малью к решетке и проекцией оптической оси падающего на решетку пучка на плоскость, перпендикулярную основным штрихам. В спектрографе дифракционная. решетка совмещает в себе функции основного и дополнительного диспергирующих элементов и таким образом уменьшается число оптических элементов 1 ил. ! го элемента используется призма или дифракционная решетка, Недостатком оптических систем спектрографов со скрещенной дисперсией является. их повышенная сложность, обусловленная наличием не менее двух последовательно установленных диспергирующих элементов.

Наиболее близким к предлагаемому устройству и принятым за прототип является спектрограф СТЭ-1, построенный по схеме скрещенной дисперсии и предназначенный для одновременной регистрации нескольких строчек спектра. Спектрограф содержит входную щель, коллимирующий и фокусирующий объективы, дифракционную решетку типа эшелле. дополнительныЙ диспергирующий элемент в виде призмы с направлени1744513 ем дисперсии, перпендикулярным направлению дисперсии эшелле, и многоэлементный фотоприемник в виде фотопластинки и фотопленки.

Наличие дополнительного диспергирующего элемента приводит к усложнению конструкции спектрографа, а также вызывает дополнительные потери излучения и аберрационные искажения изображения.

Цель изобретения — упрощение конструкции спектрографэ, Поставленная цель достигается тем, что в спектрографе со скрещенной дисперсией, содержащем оптически связанные входную щель, объектив, диспергирующую систему с дифракционной решеткой и двумерный фотоприемник, дифракционная решетка снабжена дополнительным штрихом, нанесенным на ее рабочую поверхность и перпендикулярным основным штрихам, причем расстояние d< между основными штрихами удовлетворяет соотношению И

d1 > 1+ tg e co$ p

2 11 а расстояние dz между дополнительными штрихами — соотношению

Ач сов a+cas sin c

cos p (1 + sin e ) где 1 — длина волны дифрагированного излучения;

k — рабочий порядок спектра для длины волны

e — угол наклона оси оптической оси, соединяющей объектив и дифракционную решетку, к плоскости, перпендикулярной основным штрихам решетки;

p — угол между нормалью к решетке и проекцией оптической оси, соединяющей объектив и дифракционную решетку, на плоскость, перпендикулярную основным штрихам решетки.

На чертеже показан вариант схемы спектрографа, Спектрограф со скрещенной дисперсией содержит входную щель 1, совмещенный коллиматорно-камерный зеркальный объектив 2, дифракционную решетку 3 и многоканальный двумерный фотоприемник

4.

Спектрогрэф со скрещенной дисперсией работает следующим образом, Исследуемое излучение поступает через входную щель1 на коллиматорнуючасть объектива 2 и параллельным пучком освещает дифракционную решетку 3, на отражающей стороне которой нанесены основные м дополнительные штрихи. Дифрагировавшее на решетке излучение поступает на камерную часть объектива 2, который строит в плоскости многоканального фотоприемника 4 ряд строчек спектра, соответствующих разным порядкам спектра. обусловленного действием основных штрихов решетки.

5 Расстоянние между строчками спектра, необходимое для их пространственого разделения. будет обусловлено действием дополнительных штрихов решетки.

Расстояния d> и dz соответственно меж10 ду основными и дополнительными штрихами дифракционной решетки определяют из обобщенного уравнения дифракции в случае, когда ось падающего на решетку параллельного пучка лучей не лежит ни. в

15 плоскости ХОУ, перпендикулярной основным штрихам решетки (ось Х вЂ” нормаль к поверхности решетки, ось Y перпендикулярна основным штрихам решетки, ось Z параллельна основным штрихам решетки), 20 ни в плоскости XOZ, перпендикулярной дополнительным штрихам, (ось Z перпендикулярна дополнительным штрихам, ось Y па раллел ьна до пол нительн ым штрихам), а составляет с этими плоскостями соответст25 венно углы у и v.

Для дифракции на основных штрихах решетки в случае автоколлимации и дифракции на дополнительных штрихах справедливы соответственно соотношения

2sin p> =

kit

d> cos y и

35 $1п е+ $ п Р2 -а

Д . (2) где 1 — проекция угла дифракции на плоскость, перпендикулярную основным штрихам (плоскость XOY);

k — рабочий порядок спектра;

40 — длина волны в центре спектрограммы; я — угол наклона оси падающего пучка лучей к плоскости, перпендикулярной основным штрихам решетки; р — проекция угла дифракции на плоскость, перпендикулярную дополнительным штрихам (плоскость XOZ), Очевидно, что значения sinp> и sin p не могут быть больше единицы, поэтому иэ соотношений (1) и (2) следует

kЯ

2 cos)y (3)

d» Л

cos y +sin e 1 4

55 Испол ьзуя аппа рат векторной алгебры можно показать, что для вычисления углов у и и справедливы соотношения

+qOS2 e + СО$2 л1 $ П2 е

1744513

vÃños2 Е + соз2 р1 sln2 Е

При подстановке выражений (5) и (6) в (3) и (4) получим соотношения для выбора d1 и б2 в виде кл

d1 — г — (, 1+tg cos, (7) тем, что. с целью упрощения конструкции, дифракционная решетка снабжена дополнительными штрихами, нанесенными на ее рабочую поверхность и перпендикулярными основным штрихам, причем расстояние

dt между основными штрихами удовлетво— Ю

1 (8) о2 «+ а расстояние d2 между дополнительными штрихами — соотношению

d2 +

Составитель С,Иванов

Редактор М.Кобылянская Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т.Палий

Заказ 2189 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

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

Таким образом, данная дифракционная решетка совмещает в себе функции основного и дополнительного диспергирующего элемента спектрографа, что и обеспечивает упрощение его конструкции.

Предлагаемый спектрограф со скрещенной дисперсией может найти применение при создании высокоинформативной и простой по конструкции спектральной аппаратуры, предназначенной для широкого использования при контроле загрязнений природной среды, Формула изобретения

Спектрограф со скрещенной дисперсией, содержащий оптически связанные входную щель, объектив, диспергирующую систему с дифракционной решеткой и двумерный фотоприемник, отличающийся где Я вЂ” средняя длина волны рабочего диапазона спектрографа;

k — рабочий порядок спектра для длины волны е — угол наклона оптической оси, соединяющий объектив и дифракционную решетку, к плоскости, перпендикулярной основным штрихам решетки; р — угол между нормалью к решетке и проекцией оптической оси, соединяющей объектив и дифракционную решетку, на плоскость, перпендикулярную основным штрихам решетки,