Монохроматор

 

<»> 68277I

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союэ Советских

Социалистических

Республик (б1) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 06.06.77 (21) 2491925/18-25 с этрисоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.08.79. Бюллетень ¹ 32 (45) Дата опубликования описания 30.08.79 (51) М.Кл. 6 01 3 3/12

Государственный комитет

СССР (53) УДК 535.853 (088.8) ло делам иэобретеиий и открытий (72) Автор изобр етен и я

К. А. Раскин (71) Заявитель Всесоюзный научно-исследовательский и проектноконструкторский институт по автоматизации предприятии промышленности строительных материалов (54) МОНОХPOMATOP

Изобретение относится к области спектрального приборостроения и может быть применено при конструировании спектральных приборов средней и высокой светосилы, работающих в широком спектральном диапазоне.

Известны монохроматоры, содержащие входную и выходную щели, коллиматорный и камерный объективы, диспергирующую систему, которые предназначены для выделения излучения узкого спектрального интервала (1).

Известным монохраматорам присуще искажение изображения прямой входной щели, т. е. искривление спектральной линии, вызываемое диспергирующей системой.

Прп этом кривизна спектральных линий меняется с изменением длины волны. Это приводит к расширению спектральной полосы пропускания прибора, снижая тем самым его разрешающую способность, а также приводит к ошибкам при спектрометрических измерениях.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является монохроматор, содержагций входную и выходную щели, коллиматорный и камерный объектив, диспергирующую систему и компенсирующий элемент (2).

Это устройство сложно и кроме того не может быть использовано в случае призменной дпспергирующей системы.

Целью изобретения является упрощение компенсации кривизны спектральных линий на всем спектральном диапазоне при любой диспергирующей системе.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что компенсирующий элемент выполнен в виде оптического клина, преломляющими гранями которого являются поверхности второго порядка, в частности, прямых круговых конусов, оси которых лежат в плоскости главного сечения клина

15 под углом одна к другой от 2 до 40, причем оптический клин установлен перед выходной щелью с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном выходной щели и оптической оси, а плоскость

20 главного сечения его перпендикулярна выходной щели. Компенсация кривизны лнHHH происходит за счет того, что разные части пучка лучей, строящего изображ. ние искривленной линии, отклоняются раз25 ными участками компенсирующего элемента на различную величину. Причем отклонение направлено в сторону, противоп ложную прогибу спектральной линии, а величина такова, что искривленная линия

30 становится прямой. При перемещении ком682771 пенсирующего элемента в ту или другую сторону величина отклонения пучка увеличивается или уменьшается различно для разных участков компенсирующего элемента, что дает воз можность выпрямлять ли- 5 нии большей или меньшей кривизны. При помощи компенсирующего элемента можно компенсировать кривизну линий независимо от того, какая диспергирующая система используется в монохроматоре — дифра к- 10 ционная или призменная. При этом нет необходимости искривлять спектральные щели.

На фиг. 1 представлена оптическая схема одного из возможных вариантов предлагаемого монохроматора; на фиг. 2 — компенсирующий элемент в аксонометрии; на фиг. 3 — компенсирующий элемент, вид сбоку и ход лучей через него; на фиг. 4— то же, вид сверху; на фиг. 5 — разрез по

А — А на фиг, 3.

Монохроматор содержит входную щель

1, зеркальный объектив 2, диспергирующую призму 8, плоское зеркало 4, поворотное зеркало 5, компенсирующий элемент б, выходную щель 7, преломляющие грани 8 и 9 клина.

Монохроматор работает следующим образом.

Излучение поступает через входную з0 и;-ель 1 (фиг. 1) на объектив 2.

Объектив 2 направляет излучение параллельным пучком на диспергирующую призму 8. После прохождения через призму излучение раскладывается в спектр по 55 длинам волн и попадает на плоское зеркало 4 (зеркало Литтрова). Отразившись от зеркала 4, излучение вновь проходит через призму 3, втор ично диспергируясь, и, фокусируется объективом 2 в его задней фока Ib- 40 ной плоскости, пройдя через компенсирующий элемент б, который устраняет кривизну спектральных линий. Благодаря этому через прямую выходную щель 7 проходит все монохроматичеокое излучение прямой 45 спектральной линии. С целью значительного увеличения дисперсии зеркало Литтрова 4 может заменяться на дифракционную решетку. Для сканирования спектра зеркало (решетка) 4 поворачивается вокруг оси, 50 параллельной рабочим граням призмы 8 и проходящей через середину его отражающей поверхности. Призма 3 устанавливается неподвижно.

В сечении плоскостью А — А (фиг. 5) и 55

VCJIOFHIIO СОВМЕЩЕННЫХ С FIHM СЕЧЕНИЯХ ПЛОСкостями Б — Б и  — В, которые изображены пунктиром, показаны проекции на эти плоскости хода трех главных лучей, исходящих из центра (точка О) и краев 60 (точки m и n) входной щели для длины волны Х. Допустим, что линия тОа соответствует искривленной спектральной линии с длиной волны Х, причем кривизну тттттл тттлтлтлтл тлтт ллтттт т л тт л тлттлтттл лтти ятт тлт тттлтттт- ттз ной стрелки прогиба h В сечении А — А, Б — Б,  — В показано, что при определенных значениях углов а,i, расстояния i, а также показателя преломления и материала компенсирующего элемента, проекции лучей, лежащие до входа в компенсирующий элемент на цилиндрической поверхности, которая при отсутствии последнего, пересекаясь с плоскостью спектра, образует искривленную спектральную линию, при выходе из компенсирующего элемента лежат уже в одной плоскости, которая, пересакаясь с плоскостью спектра, образует прямую спектральную линию. Таким образом, пучок лучей, строящий прежде изображение искривленной линии, теперь, пройдя через компенсирующий элемент, строит изображение прямой линии.

Во время сканирования спектра изменяется значение кривизны линий соответс твенно с изменением длины волны излучения, поступающего в выходную щель. Для компенсации кривизны линий других длин волн (i .1 и Aq) с меньшей или с большей кривизной (стрелки h и Й.) лучи входят и компенсирующий элемент соответственно

:на меньшем (точки mIOIni) или большем (точки т 02п2) расстоянии от вершины клина. Таким образом компенсирующий элемент перемещается в направлен.ш, перпендикулярном выходной щели и оптической оси, изменяя тем самым расстояние от вершины клина до проходящих через него лучей, поступающих в выходную щель.

Направление перемещения компенсирующего элемента указано стрелками на фиг. 1.

Выходная щель 7 должна перемещаться на незначительное расстояние вдоль оптической оси. Размеры компенсирующего элемента невелики: ширина его не на много больше высоты щели.

При помощи компенсирующего элемента возможно устранение абберации — кривизны поля, вносимой оптикой монохроматора. Исправление кривизны поля достигается путем расчета разнотолщинности фигуры, получающейся в сечении компенсирующего элемента меридианальной плоскости. Полная компенсация кривизны спектральных линий устраняет указанные недостатки известных монохроматоров и дает возможность трудоемкие в изготовлении кривые щели заменить на прямые щели, простые в изготовлении; увеличить дисперсионную разрешающую способность монохроматоров; увеличить высоту щелей, а значит, и светосилу монохроматоров; расширить спектральный диапазон монохроматоров; исправить KpHBHçíó поля, что приводит к увеличению абберационной разрешающей способности монохроматоров.

Формула изобретения тттлттттттт т:т т т."ттттт r no: n.лт .тттттттл ттъ тттттттттлт и

682771

5 выходную щели, коллиматорный и камерный объективы, диспергирующую систему и компенсирующий элемент, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью упрощения компенсации кривизны спектральных линий на всем спектральном диапазоне при любой диспергирующей системе, компенсирующий элемент выполнен в виде оптического клина, преломляющими гранями которого являются поверхности второго порядка, в частности прямых круговых конусов, оси которых лежат в плоскости главного сечения клина под углом одна к другой от 2 до 40, причем оптический клин установлен перед выходной щелью с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном выходной щели и оптической оси, а плоскость главного сечения его пепендикулярна выходной щели.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

10 1. Пейсахсон И. В. Оптика спектральных приборов. Л., «Машиностроение», 1970, с. 156 — 159.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 263930, G 01 J 3/12, 1970.

682771

Pve Ф

Я г. 5

Составитель М. Кротов

Техред А, Камышникова

Редактор Н, Коляда

Корректор С. Файн

Заказ 763/967 Изд. № 484 Тираж 780 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»