Растровый спектрометр с селектив-ной модуляцией

 

Союэ Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К 4ВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕДЬСТВУ (u)798505

Ф

/ г (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 09. 04. 79 (21)2749882/18-25 (51)М. Кл.

6 О 1,) 3/12 с присоединением заявки Нов

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 230181. Бюллетень Hо 3 (>>)>W 535.8 (088.8) Дата опубликования описания 230181 (72) Авторы изобретения

В.Б.Шлишевский и lO.Ñ.Hóõoíèí

Новосибирский институт инженеров. геодезии, аэрофотосъемки и картографии (71) Заявитель (54) РАСТРОВЫЙ CIIEKTPOMETP С СЕЛЕКТИВНОЙ

МОДУЛЯЦИЕЙ

Изобретение относится к области технической физики, а именно к спектральным приборам и может быть использовано при проведении точных спектрометрических измерений.

Известен растровый спектрометр с селективной модуляцией, содержащий, монохроматор, одинаковые входной и выходной растры, системы исключения постоянной составляющей и приемнорегистрирующую систему E1l .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является растровый спектрометр с селективной модуляцией, содержащий коллиматорный и фокусирующий объективы, входной и выходной растры,„состоящие из одинаковых по размеру прямоугольных прозрачных и непрозрачных элементов, расположенных в соответствии с состоящей из +1 и -1 кодовой последовательностью Баркера, диспергирую" щую систему, систему исключения постоянной составляющей и приемно-регистрирующую систему C2).

Недостатком известного спектрометра является низкая чувствительность и точность измерений за счет наличия побочных максимумов в кон-, .туре аппаратной функции.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности спектро- метрических измерений за счет полного устранения побочных максимумов в контуре аппаратной Функции.

Указанная цель достигается тем, что в известном растровом спектрометре с селективной модуляцией, содержащем коллиматорный и Фокусирую-. о щий объективы, входной и выходной растры, состоящие из одинаковых по размеру прямоугольных прозрачных и непрозрачных элементов, диспергирующую систему, систему исключения по15 стоянной составляющей .и приемно-регистрирующую систему, рабочие зоны входного и .выходного растров содержат неодинаковое количество элементов в направлении дисперсии, а про20 зрачные и непрозрачные элементы в > обоих растрах расположены в соответствии с одной и той же предельно компактной циклической последовательностью периода A

При этом один иэ растров спектрометра соответствует части последова30 тельности, содержащей N =й -п эле798505 ментов, начиная с элемента, следующего за серией из наибольшего для данной последовательности числа подряд идущих нулей, а другой растр соответствует части этой последовательности, содержащей N<>2 (N-1)+Й, элементов, а также входйой и выход-, -ной растры содержат по гй -1 элемен тов, а во входной фокальной плоскости монохроматора установлена диафрагма, ограничивающая рабочее поле входного растра Мо элементами.

t0

На фиг.1 представлена схема растрового спектрометра; на фиг.2 — предельно компактная циклическая последовательность при 4О =7, где А0 период последовательности; Й„ - число 5 элементов входного растра; Й вЂ” число элементов выходного растра;и-наибольшее число подряд идущих нулей; на фиг.3 — входной растр;на фиг.4 — выходной растр;на фиг.5 и б представлены р() функции пропускания растрового спектрометра при работе выходного растра на пропускание и отражение, соответственно, где — длина волны; на фиг.7 — результирующая аппаратная функция предлагаемого спектрометра; на фиг.8 - схема растрового спектрометра с селективной модуляцией; на фиг.9 — предельно компактная циклическая последовательность при N =7, где Й - период. последовательности, равный количеству N разрешаемых спектральных интервалов;й и Н вЂ” количество элементов, соответственно, входного и выходного растров; на фиг.10 — входной растр и ограничивающая егo рабочее поле диафрагма; на фиг.11 — выходной растр, построенный как и входной в соответствии с указанной последовательностью.

Растровый спектрометр с селектив- 4О ной модуляцией (фиг.1) содержит входной растр 1, монохроматор, включающий объектив 2, диспергирующую систему 3, объектив 4, выходной растр

5, систему исключения постоянной со- 45 ставляющей, которая содержит зеркальные Объективы б и 7, модулятор 8 и приемник 9 излучения. Диспергирующая система 3 выполнена в виде дифракционной .решетки. Непрозрачные элементы выходного растра.5 выполнены зеркальными. Модулятор 8 имеет зеркальные ламмели. Входной 1 и выходной 5 растры построены, например на основе линейной рекурентной последовательности максимального периода N (N 55 .o о последовательность, которая является частным случаем предельно компактной циклической последовательности)

Прозрачные и..непрозрачные элементы в обоих растрах чередуются в соот- 60 ветствии с одной и той же линейной рекурентной. последовательностью периода, например No= 2" -1, где (l1+t) — степень ее характеристическо- го примитивного многочлена.Линейная ф5 рекурентная последовательность такого вида является частным случаем предельно компактной циклической кодовой последовательности. В варианте конкретного выполнения растров и =7 (фи .2).

Растровый спектрометр с селективной модуляцией по второму варианту (фиг.8) содержит входной растр 10, диафрагму 11, коллиматорный объектив 12, диспергирующую систему 13, фокусирующий объектив 14, выходной растр 15, систему исключения постоянной составляющей, которая содержит зеркальные объективы 16,17 и модулятор 18, и приемник излучения 19.

Диспергирующая система 13 представляет собой дифракционную решетку.

Непрозрачные элементы выходного растра 15 выполнены зеркальными. Модулятор 17 имеет зеркальные ламмели.

Входной растр 10 и выходной растр

15 построены в данном случае, в соответствии с линейной рекурентной последовательностью максимального периода No 2 +" -1, где (n+1) — сте пень ее характеристического многочлена.указанная линейная рекурентная последовательность является частным случаем предельно компактной циклической последовательности периода

N0 = N,,где И вЂ” количество разрешаемых спектральных интервалов ° В варианте конкретного выполнения растров Np = 7 (фиг.9). В соответствии с этим (так как растры содержат IIQ

2NO-1 элементов) число элементов входного и выходного растров Й„ =й =13 (см.фиг.10,11). Диафрагма 11 установ1 Х лена в фокальной плоскости коллиматорного объектива 12 и ограничивает рабочее поле входного растра М элементами. О

Устройство по первому варианту выполнения работает следующим образом.

Излучение от исследуемого источника (на чертеже не показан) проходит через щели входного растра 1, попадает в объектив 2, который формирует параллельный пучок и посылает его на диспергирующую систему 3.

Разложенное диспергирующей системой

3 излучение попадает на объектив 4, который строит ряд смещенных относительно друг друга монохроматических иэображений входного растра на выходном растре 5. Из всех изображений только одно, соответствующее длине волны настройки 10, в точности совпадает с N„ — ýëåìåíòàìè выходного растра 5, повторяющими N„ -элементов входного растра. Для этой длины волны (1) величина проходящего через выходной растр светового потока Fg пропорциональна и 2

Для других длин волн световой поток

Мср

F.- 2 ° Тогда в свете, отраженном.798505

Формула изобретения

2.Лебедев В.П; Растр из кодов

Баркера для спектрометра с растровой селективной модуляцией. "Оптика и спектроскопия", 1975, вып. 7, т.38, с.170. от зеркальных элементов выходного растра, для 1- 0 световой поток F =О, в то время как для остальных длин волн по-прежнему F. . Прохойсь

2 дящий и отраженный пот ки F и Р

3 (фиг.5 и фиг.б) зеркальными объективами б и 7 направляются на вращающийся модулятор 8 с зеркальными ламмелями. При вращении модулятора 8 на приемник излучения 9 поочередно поступают световые потоки, отраженные от растра 5 и прошедшие через него. Приемно-регистрирующая система, настроенная на частоту модуляции, регистрирует разность F =F + F„. 1 = "О >т е. только переменный сигнал от светово- 15 го потока с длиной волны настройки

Х0 (фиг.7). Изменение этой длины волны, т.е. сканирование спектра осу- . ществляется разворотом дифракционной решетки 3. 20 устройство по второму варианту работает следующим образом.

Излучение от исследуемого источника проходит через щели выходного растра 10, диафрагму 11, попадает на коллиматорный объектив 11, который формирует параллельный пучок и посылает его на диспергирующую систему

13. Разложенное в спектр диспергирующей системой 13 излучение попадает на фокусирующий объектив 14, который строит ряд смещенных относительно друг друга монохроматических изображений ограниченного диафрагмой 11 входного растра 10 на выходном растре 15. Из всех изображений только M одно, соответствующее длине волны настройки Х0, в точности совпадает с N -элементами выходного растра 15, повторяющими и -элементов рабочего

0 поля входного растра 10, ограничен- фц ного диайрагмой 11. Для этой длины волны излучения величина проходящего через выходной растр светового потока F п р оoп оoрpUциональна йд =. 2 а

Для других длин волн световой поток

F и /2.. Тогда в свете, отражен1 ном от зеркальных элементов выходного растра, для il световой поток

F = О, в то время как для остальных длин волн по-прежнему F„ - N /2.

Проходящий и отраженный потоки Г„. и

F> (фиг.5 и б) зеркальными объективами 16 и 17 направляются на вращаю.— щийся модулятор 8 с зеркальными ламмелями. При вращении модулятора 18 на приемник излучения 19 поочередно 55 поступают световые потоки, отраженные от растра 15 и прошедшие через него. Приемно-регистрирующая система, настроенная на частоту модуляции, регистрирует разность F„ -F<=Fp+F„." F„. = уд т.е.только переменный сигнал от светового потока с длиной волны настройки Хо (фиг.7). Изменение этой длины волны, т.е. сканирование спектра осуществляется перемещением входного растра 10.

Предлагаемый растровый спектрометр с селективной модуляцией позволяет повысить чувствительность и точность спектрометрических измерений за счет полного устранения побочных максимумов в контуре аппаратной функции.

1. Растровый спектрометр с селективной модуляцией, содержащий монохроматор, входной и выходной растры, состоящие иэ одинаковых по размеру прямоугольных прозрачных и непрозрачных элементов, систему исключения постоянной составляющей и приемнорегистрирующую систему, о т л ич а ю шийся тем,что, с целью повышения чувствительности и точности спектрометрических измерений за счет полного устранения побочных максимумов в контуре аппаратной функции, рабочие эоны входного и выходного растров содержат неодинаковое количество элементов в направлении дисперсии, а прозрачные и непрозрачные элементы в обоих растрах расположены в соответствии с одной и той же предельно компактной циклической последовательностью периода

Na 3 N где flO период последовательности;й — число разрешаемых спектральных интервалов.

2. Спектрометр по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что один из растров соответствует части последовательности, содержащей 6„ =й-0 элементов, начиная с элемента, следующего за серией из наибольшего для данной последовательности числа п подряд идущих нулей, а другой растр соответствует части этой последовательности, содержащей и Ъ2(й-1)+N элементов.

3. Спектрометр по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что входной и выходной растры содержат по 2й -1 элементов, а во входной фокальной плоскости монохроматора установлена диаФрагма, ограничивающая рабочее поле входного растра N .ýëåìåíòàìè.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 Чиков Н.К. Исследование возможности построения спектрометра с растрами построчно»хаотического типа, Л., ЛИТМО 1971.

° ° Ф

Ф ° °

Ф =Ц

Ф= 4-"7

Фи*10

ВНИИПИ Заказ 10007/49

Тираж 918 Подписное

Филиал ПЛП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4