Дифрационная решетка

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

riir957145

ФТ .ъ

Ф (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 30.07.80 (21) 2970514/18-10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М, Кл. з

G 02 В 5/18

Государственный комитет

СССР (53) УДК 535.853..31 (088.8) Опубликовано 07.09.82. Бюллетень № 33

Дата опубликования описания 17.09.82 по делам нэооретеии» и открытий (72) Автор изобретения

Ю. Г. Козлов (r

r ! ,Ленинградский ордена Ленина и ордена Трудо аыа ржшг рДн уени: государственный университет им. А. А. Жданова (71) Заявитель (54) ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА

Изобретение относится к технике спектроскопии и может быть использовано для амплитудно-частотного анализа электромагнитного излучения в ультрафиолетовой, видимой, инфракрасной и радиочастотной областях спектра.

° 5

Известны устройства для определения спектрального состава света, содержащие одно-, двух- или трехмерную упорядоченную систему элементов, переизлучающих падающую на нее волну.

Эти системы конструктивно отличаются друг от друга и эти отличия зависят от диапазона длин волн анализируемого излучения

Если система. упорядочена и характерные расстояния между элементами d больше дли- is ны волны излучения х, то образуются вторичные волны (дифрагированные), направление распространения которых зависит от отношения . По интенсивности вторичd ных волн, распространяющихся в различных го направлениях, обычно и судят о спектральном. составе света (1) .

Однако эффективность этих устройств сравнительно невелика ввиду многоступенчатости процесса преобразования энергии первичной волны и большого числа вторичных волн (порядков дифракции).

Известны также дифракционные решетки, содержащие подложку с заштрихованной поверхностью. Штрихи нанесены на подложку чаще всего эквидистантно, что предопределяет следующую закономерность углов распространения вторичных волн кХ

$1п f + $!п g = где cp — угол падения первичной волны на решетку; — угол дифракции К-го порядка;

Л вЂ” длина волны излучения;

d — постоянная решетки, т.е. расстояние между двумя соседними штрихами.

Измерению подвергается энергия дифрагированных вторичных волн, для которых sin v (1.

Эффективность решетки определяется энергией волны, распространяющейся в направлении наблюдения, и зависит от качества отражающего покрытия и формы штрихов. Последняя определяет одну из характеристик решетки, называемую углом блеска или углом максимальной концентра957145

15

З0

40

Формула изобретения

55 ции света, и соответствует зеркальному отражению. Это направление не является строго однозначным: оно определяет положение довольно широкого углового интервала. B практике использования дифракционных решеток угол блеска бывает обычно 20—

40, а ширина максимума блеска — несколько градусов 12).

Недостатком известных дифракционных решеток является их низкая эффективность. Это связано с необратимыми потерями в процессе преобразования первичной волны во вторичную (поглощение, рассеяние), с тем, что выбор малых углов блеска является компромиссным в смысле эффективности, так как при больших углах блеска решетка дает малое число порядков, но и малый же световой диаметр при работе в автоколлимационном режиме, а при малых углах наоборот, а также с тем, что обычно лишь небольшая часть энергии дифрагированной волны участвует в формировании регистрируемого сигнала.

Целью изобретения является повышение эффективности решетки.

Эта цель достигается тем, что подложка решетки выполняется из термочувствительного материала, причем сформированные на ней штрихи имеют угол блеска 90 .

Известно, что если угол дифракции, определяемый по формуле, становится равным или больше 90, то энергия этого порядка дифракции идет на образование поверхностной волны. Хорошо отражающие материалы обладают большим коэффициентом поглощения. Поэтому, образовавшаяся поверхностная волна быстро поглощается, т.е. нагревает подложку. Таким образом, решетка совмещает в себе функции диспергирующего элемента и,фотоприемника. Следует особо отметить, что энергия полностью поглощается независимо от длины волны.

Дополнительным средством повышения эффективности может служить обычный прием — — выбор формы штриха. Наиболее выгодным для образования интенсивной поверхнос ной волны является такая форма штриха, которая обеспечивает максимум концентрации света в направлении, близком к касательной поверхности решетки, т.е. вблизи угла 90 . В этом случае плоскость штриха должна быть наклонена к плоскости подложки на угол 45 .

Подложка дифракционной решетки может, быть выполнена из материала, сопротивление которого зависит от температуры.

В этом случае подложка представляет собой термосопротивление или термоэлемент. Возможно использование термопарной подложки, но наиболее подходящим материалом для изготовления ее являются сегнето-электрики, в частности, титанат бария и цирконаттитанат свинца. Сегнето--электрики позволяют измерять изменения температуры до

i 0 — 1О" (пироприемники) .

Большинство пироприемников являются дифференциальными по времени, т.е. они измеряют величину — — — приращение погdT

dt лощенной энергии по времени. Сигнал появляется лишь в процессе нагревания или охлаждения. Предлагаемое устройство является интегральным, так как нагрев подложки происходит не только при достижении угла дифракции 90, ho и в дальнейшем, когда величина станет больше I. Применение дифференциального по температуре материала для подложки позволит получить спектр в реальном его виде.

На чертеже представлены: а — примерный вид спектра света, падающего на решетку, б — график изменения энергии поверхностной волны при последовательном прохождении компонентами спектра предельного угла, в — вид сигнала с применением дифференциального приемника.

Использование материала с интегральными свойствами требует применения дифференцирующих элементов, включенных в измерительную цепь.

Таким образом, предлагаемое устройство действует более эффективно потому, что дифракционная решетка работает аналогично модели «черного тела»: при углах меньших 90 энергия почти полностью отражается, а при Ч ) 90 полностью поглощается.

В решетке совмещаются функции диспергирующего элемента и фотоприемника, т.е. исключаются промежуточные потери. Выбор угла максимального концентрации энергии позволит получить наиболее интенсивную поверхностную волну.

Применение предлагаемой дифракционной решетки позволит упростить спектроскопический анализ и повысить его качество.

Дифракционная решетка, содержащая подложку, на которой сформированы штрихи, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности решетки, подложка выполнена из термочувствительного материала, причем решетка имеет yroJ1 блеска 90 .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Пейсахюн В. И. Оптика спектральных приборов. Л., «Машиностроение», 1975, с. 68.

2. Зайдель А. Н. и др. Техника и практика спектроскопии. М., «Наука», 1976, с. 46 — 55 (прототип) .

957145

Составитель Л. Перебейносова

Редактор Л. Филиппова Техред А. Бойкас Корректор А. Ференц

Заказ 6593 34 Тираж 518 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4