Сканирующий дифракционный полихроматор



Сканирующий дифракционный полихроматор
Сканирующий дифракционный полихроматор

 


Владельцы патента RU 2589748:

Акционерное общество "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (АО "ГОИ им. С.И. Вавилова") (RU)

Сканирующий дифракционный полихроматор содержит входную щель, вогнутую дифракционную решетку, вогнутое сферическое зеркало и многоэлементный приемник излучения. При этом дифракционная решетка выполнена с переменным шагом, коэффициент которого связан с начальным и конечным значениями углов падения на решетку. Технический результат - повышение спектрального разрешения полихроматора. 1 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области технической физики -спектрального приборостроения, а именно, к дифракционным полихроматорам, предназначенным для разложения в спектр анализируемого излучения. Сканирующий дифракционный полихроматор сочетает в себе свойства монохроматора (прибора последовательного действия) и спектрографа (прибора параллельного действия), то есть представляет собой сканирующий полихроматор.

Известны дифракционные полихроматоры, предназначенные для работы в различных областях спектра [Пейсахсон И.В. Оптика спектральных приборов. Л., Машиностроение. 1995, с. 177].

При достаточно высоком качестве изображения спектра эти полихроматоры имеют либо большое количество отражающих поверхностей, либо при их изготовлении используется сложная и дорогая асферическая оптика.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является минигабаритный гиперспектрометр на базе дифракционного полихроматора [Патент РФ №2332645, опубликованный 27.08.2008 по индексу МПК G01J 3/18].

Данный полихроматор содержит вогнутую дифракционную решетку, установленную в параллельном пучке, создаваемом вогнутым зеркалом. Максимальное спектральное и пространственное разрешение вдоль щели имеет место в спектре на нормали к решетке и вблизи нее. В полихроматоре выведение разных участков спектра на многоэлементный приемник излучения осуществляется поворотом вогнутой решетки совместно с приемником излучения таким образом, чтобы центр приемника оставался бы на нормали к решетке. Таким образом, при сканировании спектра углы дифракции остаются неизменными (в центре спектрограммы на нормали к решетке угол дифракции равен нулю), а углы падения меняются. Однако при изменении угла падения расстояние от вершины вогнутой решетки до изображения входной щели на соответствующей длине волны будет меняться. Для сохранения высокого качества изображения спектра на нормали к решетке и вблизи нее необходимо при повороте решетки с приемником излучения одновременно перемещение приемника вдоль нормали к решетке по определенному закону.

Задачей изобретения является повышение спектрального разрешения прибора с удешевлением его конструкции при упрощении изготовления его деталей.

Задача решена в новой конструкции спектрального дифракционного полихроматора, содержащего входную щель, вогнутое сферическое зеркало и вогнутую сферическую дифракционную решетку, в котором, в отличие от прототипа, дифракционная решетка выполнена с переменным шагом, коэффициент неравномерности которой определен по формуле:

, где:

α1 и α2 - углы падения для начального и конечного положений дифракционной решетки, соответствующих крайним значениям длин волн рабочей области спектра. При этом А=µ·R, где µ - линейная составляющая коэффициента неравномерности шага решетки, R - радиус кривизны вогнутой решетки. R и µ имеют обратную размерность: R (мм), µ (1/мм), что подтверждает безразмерность коэффициента А.

Поступательного перемещения приемника излучения при сканировании спектра можно избежать, если использовать решетку с переменным шагом, коэффициент неравномерности которой определен в формуле изобретения. В самом деле, уравнение фокальной кривой вогнутой решетки с переменным шагом в меридиональной плоскости при условии, что угол дифракции β=0, а решетка освещена параллельным пучком, имеет вид: [Пейсахсон И.В. Оптика спектральных приборов. Л.: Машиностроение. 1995, с. 177]

где: ρ′=R/r′

R - радиус кривизны решетки,

r′ - расстояние от вершины решетки до изображения входной щели;

α - угол падения на решетку.

При этом А=µ·R, где µ - линейная составляющая коэффициента неравномерности шага решетки, связанная с постоянной решетки σ в точке решетки с координатой Y поперек штрихов и постоянной решетки σo в центральной точке решетки (y=0) соотношением

σ=σо(1+µ·y)

Из уравнения (1) можно получить выражения для ρ′1 и ρ′2, соответствующих начальному α1 и конечному α2 углам падения.

Приравняв выражения для ρ′1 и ρ′2, получим уравнение, из которого вытекает формула для коэффициента неравномерности шага решетки:

где α1 и α2 - углы падения для начального и конечного положений дифракционной решетки, соответствующих крайним значениям длин волн рабочей области спектра.

Коэффициент неравномерности шага решетки является безразмерной величиной, связан с радиусом кривизны решетки R (мм) и линейной составляющей µ коэффициента А, у которого уже есть размерность (1/мм), что определено выражением А=µ·R.

Дано математическое выражение для определения безразмерной величины коэффициента неравномерности шага решетки, не зависящее от величины радиуса кривизны решетки. После выбора кривизны, исходя из требований к обратной линейной дисперсии прибора, из формулы А=µ·R определяется линейная составляющая коэффициента неравномерности шага решетки (с размерностью 1/мм, необходимой для настройки делительной машины).

На чертеже представлена схема предлагаемого сканирующего дифракционного полихроматора. Излучение источника света (не показан) через входную щель 1 расходящимся пучком падает на вогнутое сферическое зеркало 2, которое отражает излучение в виде параллельного пучка на вогнутую сферическую дифракционную решетку 3 под углом α1. Дифрагированные монохроматические пучки света фокусируются на многоэлементный приемник излучения 4, причем на нормали к решетке имеет место наилучшее качество изображения спектра. Для получения нового спектрального интервала длин волн на приемнике излучения достаточно развернуть решетку с приемником в положение, соответствующее углу падения α2.

Пример: Пусть крайние значения длин волн в сканирующем полихроматоре составляют 400 и 700 нм, решетка имеет плотность штрихов 600 1/мм и работает в первом порядке спектра. Тогда при угле дифракции, равном нулю, углы падения составят 13,9 и 24,8 градуса. Из формулы коэффициент неравномерности шага решетки равен А=-0,351. Из уравнения фокальной кривой вогнутой решетки с переменным шагом при условии, что угол дифракции равен нулю, а решетка освещена параллельным пучком ρ12=2,055. При радиусе кривизны решетки R=250 мм расстояние от вершины решетки до изображения входной щели составит r1=r2=121,6 мм.

Для обычной решетки А=0 и из уравнения фокальной кривой имеем ρ1=1,970; ρ2=1,907, что соответствует r1=126,8 мм и r2=131,0 мм.

Таким образом, при повороте решетки требуется смещение приемника излучения на г2-r2-r1=4,2 мм, тогда как в предлагаемом сканирующем дифракционном полихроматоре смещения не требуется.

Предлагаемая конструкция прибора довольно проста в изготовлении и не требует использования сложных и дорогостоящих элементов.

Сканирующий дифракционный полихроматор, содержащий входную щель, вогнутое сферическое зеркало и вогнутую сферическую дифракционную решетку, отличающийся тем, что дифракционная решетка выполнена с переменным шагом, коэффициент неравномерности которой определен по формуле:
,
где a1 и α2 - углы падения для начального и конечного положений дифракционной решетки, соответствующих крайним значениям длин волн рабочей области спектра, при этом А=µ·R, где µ - линейная составляющая коэффициента неравномерности шага решетки, R - радиус кривизны вогнутой решетки.



 

Похожие патенты:

Элемент отображения содержит слои и множество пикселов. При этом множество пикселов содержит слой формирования рельефной структуры, включающий в себя первую область, сформированную посредством множества углублений или выступов и включающую в себя, по меньшей мере, одну подобласть, выполненную с возможностью отображать цвет, и вторую область.

Способ контроля погрешности изготовления дифракционных оптических элементов (ДОЭ) заключается в формировании контрольных окон для нанесения координатных меток, которые выполняют хотя бы из двух групп периодических решеток.

Защитный элемент для защищенных от подделки бумаг, ценных документов или других носителей данных имеет подложку, которая в поверхностной области содержит оптически переменный поверхностный узор, который при различном направлении освещения и/или рассмотрения создает различные изображения.

Способ определения пространственного положения объектов обеспечивает облучение объекта через двумерную дифракционную решетку, что обеспечивает образование матрицы смежных оптических каналов.

Изобретение относится к вариантам защитного оптического компонента с плазмонным эффектом, предназначенного для наблюдения при пропускании. Компонент содержит: два слоя из прозрачного диэлектрического материала, металлический слой, расположенный между упомянутыми слоями из прозрачного диэлектрического материала с образованием двух диэлектрических границ раздела диэлектрик-металл и структурированный для образования, по меньшей мере, на части его поверхности волнообразных элементов, выполненных с возможностью связывания поверхностных плазмонных мод, поддерживаемых упомянутыми границами раздела диэлектрик-металл, с падающей световой волной.

Защитный элемент содержит прозрачный несущий слой и частично прозрачный отражающий слой, который выполнен на несущем слое. Также элемент содержит прозрачный заполняющий слой, который выполнен на отражающем слое.

Оптический аутентификационный компонент, видимый при отражении, содержит рельефную структуру, выполненную на подложке с показателем преломления n0, тонкий слой с толщиной от 50 до 150 нм из диэлектрического материала с показателем преломления n1, отличным от n0, нанесенный на рельефную структуру, и слой из материала с показателем преломления n2, близким к n0, инкапсулирующий структуру, покрытую тонким слоем.

Изобретение относится к способу изготовления дифракционных решеток для видимого диапазона, выполненных на основе полимерных материалов. Способ включает в себя формирование заданной дифракционной периодической микроструктуры на полимерной подложке за счёт имплантации ионов металла с энергией 4-1200 кэВ, дозой облучения, которая обеспечивает концентрацию вводимых атомов металла 2.5·1020 - 6.5·1022 атомов/см3 в облучаемой подложке.

Изобретение относится к дифракционной решетке для видимого диапазона, выполненной на основе полимерных материалов. Дифракционная решетка содержит подложку, выполненную из полимерного материала с дифракционной периодической микроструктурой.

Изобретение относится к оптике. Способ изготовления дифракционной решетки заключается в формировании на поверхности исходной подложки элементов заданной структуры дифракционной решетки путем ионной имплантации через поверхностную маску, при этом имплантацию осуществляют ионами металла с энергией 5-1100 кэВ, дозой облучения, обеспечивающей концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке 3·1020-6·1022 атомов/см3, плотностью тока ионного пучка 2·1012-1·1014 ион/см2с в оптически прозрачную диэлектрическую или полупроводниковую подложку.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается акустооптического перестраиваемого фильтра. Фильтр включает в себя поляризатор, акустооптическую ячейку, анализатор, светоделитель, фотоприемное устройство, цепь электрической обратной связи и радиочастотный генератор.

Изобретение относится к области спектрометрии и касается акустооптического анализатора спектра оптических сигналов. Анализатор включает в себя акустооптический фильтр, фотоприемное устройство, радиочастотный анализатор спектра и цепь обратной связи.

Изобретение относится к области спектрометрии и касается искрового оптико-эмиссионного спектрометра. Спектрометр содержит искровой источник, входную щель, тороидальное зеркало для направления света через входную щель, несколько дифракционных решеток и матричный приемник.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и касается зеркального спектрометра. Спектрометр состоит из входной щели, первого зеркала, дифракционной решетки, второго зеркала, фотоприемного устройства.

Способ включает регистрацию оптического спектра суммы интерферирующих волн при различных значениях взаимной задержки, выделение модулирующих функций, соответствующих взаимным задержкам, определение нелинейности распределения их фазы, вычисление корректирующей таблицы, регистрацию оптического спектра суммы интерферирующих волн с неизвестными взаимными задержками, применение корректирующей таблицы к оптическому спектру.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и предназначено для регистрации спектров комбинационного рассеяния (КР) света газовых сред. .

Изобретение относится к технике спектрального анализа и может найти применение при эмиссионных и атомно-абсорбционных измерениях в спектроанализаторах с дифракционными решетками и многоэлементными фотоприемниками.

Изобретение относится к спектральным приборам, а именно дифракционным полихроматорам, и предназначено для анализа спектров излучения исследуемых объектов. .

Изобретение относится к устройствам для исследования источников света оптическими методами и может быть использовано для определения качества спектра электрических ламп.

Изобретение относится к оптической спектрометрии (спектроскопии) и может быть использовано для создания линейных по оптической частоте спектрометров. .

Устройство задней подсветки содержит источник света, коллиматор, расширитель пучка, один дефлектор пучка, волновод с элементом ввода и элементом вывода. Источник света выполнен в виде лазера. Коллиматор выполнен с возможностью коллимации светового пучка, излученного источником света. Расширитель пучка выполнен с возможностью изменения размера светового пучка после упомянутой коллимации. Дефлектор пучка выполнен с возможностью отклонения светового пучка после упомянутого изменения размера. Элемент ввода и элемент вывода расположены на разных торцевых или боковых поверхностях волновода или на одной и той же торцевой или боковой поверхности волновода. Элемент ввода выполнен с возможностью ввода светового пучка, падающего на него, в волновод, в котором свет распространяется вследствие полного внутреннего отражения. Элемент вывода выполнен с возможностью обеспечения дифракции и вывода светового пучка из волновода в направлении объекта, подлежащего освещению. Технический результат заключается в повышении однородности выходящего из устройства задней подсветки света. 2 н. и 50 з.п. ф-лы, 11 ил.
Наверх