Многоходовая оптическая кювета

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Сопкапистк

Республик в737790 (5! )М. Кл.

С» 01,Г 3/02 (6! ) Дополнительное к авт. свпд-ву (22) Заяалено17 02.76 (2l ) 2323688/18-25 с присоединением заявки №

Гесуоолрстеаваый кенктет

СССР

lo делам изобретений и вткрытпв (23) Приоритет

Опублнкоаано30.05 80. Бюллетень ¹ 20 (53) УДК535. .853 (088.8) Дата опубликования описания 04.06.80 (72) Автори изобретения

А. С. Васильев, Е. А. Вершинскнй и Б. Я. Гутников (7о) Заявитель. (54) МНОГОХОНОВАЯ ОПТИЧЕСКАЯ КЮВЕТА!

Изобретение относится к области точного оптико-механического прнборострое» . ния и может быть применено в конструкциях многоходовых кювет (МКХ) системы Уайта, предназначенных для точных исследований спектров поглошения газов, обладавших слабой интенсивностью.

Известна многоходовая оптическая кювета, содержашая три сферических зеркала (1)

Наиболее близкой по техничесоеой супооо ности к изобретению является многоходовая оптическая кювета, содержашая; три зеркала одинакового радиуса кривизны коллективное, снабженное входной и

15 выходной диафрагмами спектрального канала, и оова объективных, удаленных от коллективного зеркала на расстояние радиуса кривизны, причем первое объективное зеркало расположено напротив вход« ной диафрагмы, а второе - напротив вььходной диафрагмы, фотоэлектрический следяшнй привод стабилизации положения объективньох зеркал относительно верти2 кальной и горизонтальной осей врашения, состояший из светяшейся марки, фотодатчиков, управляюшего усилителя и исполнительного механизма качания объективных зеркал (21 .

Эта кювета снабжена системой точно го удержания оптического сигнала на выходной диафрагме спектрального канала, но обладает следующими: недостат« ками: не имеет устройства для точной установки числа ходов луча в спектральном канале и для точного выведения оптического сигнала через вьоходную диафрагму, система фотодатчиков фотоэлектрического привода сложна, при наружном раэмешенин этих датчиков за оптическими иллюминаторами кюветы онн могут отказать в работе вследствие запотевания иллюминаторов.

Белью изобретения является повышение точности выведения исследуемого оптического сигнала через выходную диафрагму спектрального канала и упрощение конструкции щоветы.

7377

40

Поставленная цель достигается тем, что под входной диафрагмой спектрального канала кюветы ниже светового контура коллективного зеркала помещены первая и вторая светящиеся марки фо- 5 тоэлектрического следящего привода, над входной диафрагмой спектрального канала в поле изображения первой марки помещено до полнительное коллективное зеркало, обращенное в сторону второго объективного зеркала, а в поле иэображения второй марки под дополнительным коллективным зеркалом помещен входной торец гибкого оптического световода, выходной торец которого находится ls в фокальной плоскости фотодатчика фотоэлектрического следящего привода, и симметрично дополнительному коллективному зеркалу под выходной диафрагмой

Ф ниже светового контура коллективноГо зеркала расположен светоделительный кубик в оптическом контакте с объективом, оптическая ось которого направлена горизонтально вдоль поверхности коллективного зеркала, а в фокусе объектива помещен входной торец гибкого оптического световода, выходной торец которого находится в фокальной плоскости фотодатчика фотоэлектрического следящего привода.

При этом на одной оптической оси с первым объективом навстречу ему помещен второй объектив с прямоугольной призмой, входная грань которой с установленным на ней коллективом обращена в сторону первого объективного зеркала .с возможностью отсчета перемещения вдоль общей оптической оси объективов. .На фиг. 1 представлена схема многоходовой оптической кюветы; на фиг. 2, 3 - ход лучей в МКХ при разном числе ходов, Кювета содержит коллективное зеркало 1, первое объективное зеркало 2, второе объективное зеркало 3, . первую 45

4 и вторую 5 марки следящего фотоэлек- трического привода стабилизации положения объективных зеркал, освещаемые лазером (на чертеже не показан), вспомогательное коллективное зеркало 6, гибкий (стекловолоконный) оптический световод 7, пер вый объектив 8 со светоделительным кубиком 9, гибкий оптический световод 10, второй объектив 11 с прямоугольной призмой, с отрицательным коллективом

12, фотодатчик 13 фотоэлектрического следящего привода с объективом 14, в фокусе которого расположены выходные торцы световодов, квадрантных св тодиодов 15 и 16, откидного зеркала для визуального наблюдения 17 и окуляра 18, управляющего усилителем 19 исполнительных механизмов 20-23 вращения объективных зеркал относительно

Горизонтальной и вертикальной осей, входной и выходной диафрагм спектрального канала 24 и 25, герметического корпуса 26. Центр кривизны первого объективного зеркала 27, центр кривизны второго объективного зеркала — 28, центр кривизны коллективного зеркала29, геометрическая ось MKX - 27-29, у объективов 8 и 11 общая оптическая ось - 30, Работа кюветы осуществляется следую,щим образом. Коллектив 1 строит изображение зеркала 2 на зеркале 3, которые являются соответственно зрачком входа и выхода попеременно. На фиг. 1 одиночной стрелкой 31 показан ход лучей в спектральном канале МКХ при числе ходов N =4; на фиг. 2 показан ход лучей (вид сзади, со стороны коллективного зеркала) для спектрального канала и в оптической системе фотоэлектрического следящего привода при N =4; а на фиг, 3 -,то же самое при N =8.

Изображение первой марки от первого объективного зеркала - 4, от второго объективного. зеркала - 4, а изобраII жение, перенесенное объективами 11 и

8 на торец световода 10 - 4 . ИэобраItl жение второй марки от первого зеркала5, Ход лучей, строящих изображение

1 первой марки, показан одинарной стрелкой 32.с точкой, а второй марки - двоичной стрелкой 33 с точкой. Расстояние между входной 24 и выходной 25 диафрагмами МКХ обозначено, а расстояние между маркой 4 по горизонтали и ее изображением 4 от второго объекй тивного зеркала, соответствующее четвертому ходу луча в спектральном канале МКХ при любом заданном числе ходов - X ..

В МКХ системы Уайта число ходов луча может быть только кратным четырем. Расположение объективных зеркал, ;показанное на фиг. 1, соответствует минимальному числу ходов М =4. Центр

:первого объективного зеркала 2 помеща ется и центре коллективного зеркала .,при любом числе ходов, а центр второгона горизонтальном уровне 27 точно на вертикальной оси выходной диафрагмы, яа нижней ее границе. Луч света, вышеднаправлению с центром кривизны 27 зеркала 2. На фиг. 3 показан ход лучей в спектральном канале и в оптичесюй схеме фотоэлектрического следящего при . вода, которая строит изображение марок

4 и 5 при числе ходов в спектральном канале МКХ ) =8. Иэображение марки 4 строится далее объективами 8 и 11 на входном торце световода 10.

1О Из сопоставления фиг. 2 и 3 следует, что расстояние Х между маркой 4 и ее иэображением 4 всегда равно — —. °

41

Таким образом, если установить по этой координате объектив 11 с отрицательным коллективом 12 и разворотом зеркала 3 относительно вертикальной оси ввести изображение 4 в поле объектива

tl

ll на юллективе 12 (что можно наблюдать в окуляр 18 фотодатчика 13) и включить затем фотоэлектрический следиший привод стабилизации положения зеркала 3, то оно будет установлено точно в заданное положение, т.е. такое, когда изображение входной диафрагмы 24 не будет срезано диафрагмой 25, и будет сохранять свое положение на протяжении всего эксперимента. При наличии данного изобретения установление числа ходов может быть автоматизировано. Для этого механизм установки объектива 11 по значению Х„„можно связать с задающим электромеханизмом, который должен приводить объектив 11 в заданное положени со скоростью, согласованной со скоростью фотоэлектрического следящего привода зеркала 3

Световоды выведены из корпуса 26

МКХ через специальные герметические устройства.

Изобретение содержит специальную оптическую систему, проецирующую изображение двух световых марок через зеркальную систему кюветы на фотодатчик следящего привода объективных зеркал МКХ, расположенный снаружи МКХ при помощи световодов. Благодаря подвижке одного из объективов этой системы с возможностью точного отсчета его положения, возможна быстрая объек 0 . тивная установка числа ходов. луча в спектральном канале МКХ с обеспечением точного входа исследуемого оптического сигнала через выходную диафрагму МКХ в течение всего эксперимента для любой области спектра.

Данная МКХ позволяет увеличить точность регистрации спектрограмм, повы1

5 737790 6 ший иэ центра выходной диафрагмы, отражаясь от зеркала 2, образует изобра- жение входной диафрагмы (первый блик) на коллективном зеркале под центром кривизны 28 зеркала 3, т.е. при отражении от зеркала 3 луч переносит иэображение этого блика точно на выходную диафрагму 25. Одновременно изображение .

5 второй марки 5 фотоэлектрического

1 следящего привода от зеркала 2 окажется на входном торце гибкого световода 7 и с er"o выходного торца объективом 14 будет перенесено на квадрантный светодиод. Если зеркало 2 находится в правильном положении, то сигнала Pacconia-. сования на управляющий усилитель не поступит, а если зеркало 2 будет случайно сдвинуто, то исполнительный механизм

20 и 21 привода, подчиняясь сигналу рассогласования, поступившему на управляющий усилитель 19, вернет его в правильное положение. Изображение 4 пер1 вой диафрагмы 4 будет находиться на дополнительном коллективе 6, который направит пучок лучей на зеркало 3, которое дает вторичное изображение 411 через светоделительную грань кубика 9 на вход ном торце световода 10 и с выходного торца объекгивом 14 оно будет перенесено на квадрантный светодиод 15. Если зеркало 3 находится точно в заданном ..положении, то его центр кривизны 28 при М =4 находится точно на вертикальной оси выходной диафрагмы 25 и, следовательно, изображение входной диафрагмы 24 проецируется на выходную

25 без искажения сигнала, а изображение 4 на квадрантном светодиоде будет расположено симметрично, и на усилитель 19 не поступит сигнал рассогласования,. исполнительные механизмы зеркала 3 останутся в покое. Если произойдет рассогласование в положении зеркала 3, то на светодиоде 15 изображение

411 уйдет от положения симметрии, воз45 никнет сигнал. рассогласования, юторый будет усилен усилителем 19 и передай на исполнительные механизмы 22 и 23, 1 которые вернут зеркало 3 в правильное положение, Отрицательный коллектив 12 совместно с объективом 11 строит изображение зрачка вне хода системы (изображение:зеркала 3), что уменьшает световой диаметр объектива 8.

Изменение числа ходов в МКХ достигается разворотом зеркала 3 по ча« совой стрелке, при этом его центр кривизны 28 сближается по горизонтальному

7377 шаот надежность прибора и упрощает его конструкцию. формула изобрет ения

1. Многоходовая оптическая кювета, содержащая три зеркала одинакового радиуса кривизны: коллективное, снабженное входной и выходной диафрагмами спектрального канала, и два объективных, удаленньж от коллектйвного зеркала на расс1ояние радиуса кривизны, причем первое объективное зеркало расположено напротив входной диафрагмы, а второенапротив выходной диафрагмы, фотоэлектрический следящий привод стабилизации положения объективных зеркал относительно вертикальной и горизонтальной осей вращения, состоящий из светящейся . марки, фотодатчиков, управляющего усилителя и исполнительного механизма качания объективных зеркал, о т л ич а ю ш.а я с я тем, что, с целью повышения точности выведения исследуемого оптического сигнала через выходную диафрагму спектрального канала и упро» щения конструкции, под входной диафраг» мой спектрального канала кюветы ниже светового контура коллективного зеркала помещены первая и вторая светящиеся 30 марки фотоэлектрического следящего привода, над входной диафрагмой спек трального канала в поле изображения первой марки помещено дополнительное коллективное зеркало, обращенное в сторону второго объективного зеркала, а в поле изображения второй марки под допол90 8 нительным коллективным зеркалом поме-; щен входной торец гибкого оптического .световода, выходной торец находится в фокальной плоскости фотодатчика фотоэлектрического следящего привода, и симметрично дополнительному коллективному зеркалу под выходной. диафрагмой ниже светового контура коллективного зеркала расположен светоделительный кубик в оптическом контакте с объективом, оптическая ось которого направлена горизонтально .вдоль поверхности коллек« тивного зеркала, а в фокусе объектива помещен входной торец гибкого оптического световода, выходной торец которого находится в фокальной плоскости фотодатчика фотоэлектрического следящего привода, 2. Кювета по п. 1, о т л и ч а ю— ш а я с я тем, что на одной оптической оси с первым объективом навстречу ему помещен второй объектив с прямоугольной призмой, входная грань которой с установленным на ней коллективом обращена в сторону первою объективного зеркала с возможностью отсчета перемещения вдоль обшей оптической оси объект ивов.

Источники информации, принятые во внимание при эксйертизе

1. Tohn U. White,Long OpUcat paths о1 1.аде Aperture, 7ourna9 ot Mi»

ОрбссвЧ Societe ot Amer ica, V 32, М 5, 1942, .р. 285-288.

2. Авторское свидетельство СССР

Ж 271058, кл. Gi 01 М 21/24, 1969 (прототип) .