Двойной монохроматор со сложением дисперсий

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ДВОЙНОЙ МОНОХРОМАТОР СО СЛОЖЕНИЕМ ДИСПЕРСИЙ(71) Заявитель Закрытое акционерное общество СоларЛС(72) Авторы Спицын Игорь Гаврилович Семченков Сергей Алексеевич Калитухо Ирина Николаевна(73) Патентообладатель Закрытое акционерное общество СоларЛС(57) Двойной монохроматор со сложением дисперсий, содержащий по направлению луча оптически связанные входную щель, первый коллиматорный объектив, первую дифракционную решетку, первый камерный объектив, промежуточную щель, второй коллиматорный объектив, вторую дифракционную решетку, установленную на общую ось вращения с первой дифракционной решеткой, второй камерный объектив и выходную щель, при этом центры входной щели и первого коллиматорного объектива, первой дифракционной решетки и первого камерного объектива расположены в одной плоскости, а центры второго коллиматорного объектива, второй дифракционной решетки и выходной щели - в другой плоскости, причем указанные плоскости перпендикулярны штрихам дифракционных решеток, отличающийся тем, что оптическая ось, связывающая центры первой дифракционной решетки, первого камерного объектива, промежуточной щели,второго коллиматорного объектива и второй дифракционной решетки, расположена в плоскости, параллельной штрихам дифракционных решеток, а заштрихованные поверхности дифракционных решеток развернуты относительно друг друга на 180 вокруг оси вращения.(56) 1. Пейсахсон И.В. Оптика спектральных приборов. - Л., 1975. - С. 171-178. 2.257. Проспект фирмы , 1994. - С. 2-30. 3. Патентна полезную модель 3987, МПК (2006)01 3/12, 2007. 4. Двойной монохроматор со сложением и вычитанием дисперсий -130. Предлагаемая полезная модель относится к области спектрального приборостроения. Двойной монохроматор представляет собой систему из двух одинарных монохроматоров, в котором выходная щель первого монохроматора служит входной щелью второго монохроматора (промежуточная или средняя щель). В зависимости от взаимного расположения оптических элементов в обоих монохроматорах существует два типа двойных монохроматоров, работающих в режиме сложения дисперсии или в режиме вычитания дисперсии. Двойной монохроматор со сложением дисперсии при большей теоретической разрешающей способности обеспечивает устранение рассеянного света, а при достаточно высоком пропускании может оказаться и более светосильным, чем одинарный монохроматор 1. Известны двойные монохроматоры, собранные из двух одинаковых монохроматоров,укрепленных на кронштейнах 2. В зависимости от их взаимного расположения на разных кронштейнах получается установка либо со сложением дисперсии, либо с вычитанием. Недостатком этих устройств является наличие отдельных приводов для сканирования спектра в каждом монохроматоре. В двойном монохроматоре сканирование спектра должно осуществляться одновременным вращением дифракционных решеток. Это движение должно быть согласовано с высокой степенью точности, в противном случае излучение данной длины волны , пройдя через промежуточную щель, может не попасть на выходную щель. Из известных наиболее близким по технической сущности является двойной монохроматор 3, содержащий по направлению луча оптически связанные входную щель, первый коллиматорный объектив, первую дифракционную решетку, первый камерный объектив, промежуточную щель, второй коллиматорный объектив, вторую дифракционную решетку, установленную на общую ось вращения с первой дифракционной решеткой,второй камерный объектив и выходную щель, при этом центры входной щели и первого коллиматорного объектива, первой дифракционной решетки и первого камерного объектива расположены в одной плоскости, а центры второго коллиматорного объектива, второй дифракционной решетки и выходной щели - в другой плоскости, причем указанные плоскости перпендикулярны штрихам дифракционных решеток. Недостатком известного двойного монохроматора является наличие дополнительных оптических элементов - плоских отражателей с зеркальными поверхностями, которые вызывают дополнительные потери света, снижают пропускную способность системы. В известном двойном монохроматоре в режиме сложения дисперсий используется три плоских отражателя. В двойном монохроматоре -130 4, в котором реализована формула полезной модели 3, по условиям эксплуатации добавлено еще два поворотных зеркала. Задачей полезной модели является повышение пропускания двойного монохроматора за счет устранения дополнительных отражательных элементов. Поставленная задача достигается за счет того, что в двойном монохроматоре со сложением дисперсий, содержащем по направлению луча оптически связанные входную щель, первый коллиматорный объектив, первую дифракционную решетку, первый камерный объектив, промежуточную щель, второй коллиматорный объектив, вторую дифрак 2 87612012.12.30 ционную решетку, установленную на общую ось вращения с первой дифракционной решеткой, второй камерный объектив и выходную щель, при этом центры входной щели и первого коллиматорного объектива, первой дифракционной решетки и первого камерного объектива расположены в одной плоскости, а центры второго коллиматорного объектива,второй дифракционной решетки и выходной щели - в другой плоскости, причем указанные плоскости перпендикулярны штрихам дифракционных решеток, оптическая ось, связывающая центры первой дифракционной решетки, первого камерного объектива,промежуточной щели, второго коллиматорного объектива и второй дифракционной решетки, расположена в плоскости, параллельной штрихам дифракционных решеток, а заштрихованные поверхности дифракционных решеток развернуты относительно друг друга на 180 вокруг оси вращения. На фигуре изображена оптическая схема двойного монохроматора со сложением дисперсий. Двойной монохроматор содержит входную щель 1, первый коллиматорный объектив 2, первую дифракционную решетку 3, первый камерный объектив 4, промежуточную щель 5, второй коллиматорный объектив 6, вторую дифракционную решетку 7, второй камерный объектив 8, выходную щель 9, ось вращения дифракционных решеток 10. Объективы 2, 4, 6 и 8 выполнены в виде сферических зеркал, причем фокусные расстояния зеркал 2 и 8, а также 4 и 6 попарно равны между собой. Входная щель 1 и выходная щель 9 совмещены с фокальными поверхностями объективов 2 и 8 соответственно. Дифракционные решетки 3 и 7 имеют одинаковые характеристики и установлены на общей оси вращения 10 для сканирования спектра по длинам волн. Их рабочие поверхности развернуты друг относительно друга на 180. Центры входной щели 1, первого коллиматорного объектива 2, первой дифракционной решетки 3 и первого камерного объектива 4 расположены в одной плоскости, а центры второго коллиматорного объектива 6, второй дифракционной решетки 7, второго камерного объектива 8 и выходной щели 9 - в другой плоскости. Указанные плоскости перпендикулярны штрихам дифракционных решеток 3 и 7. Оптическое сопряжение элементов на двух уровнях осуществляется через первый камерный объектив 4, промежуточную щель 5 и второй коллиматорный объектив 6. Промежуточная щель 5 совмещена с фокальными поверхностями первого камерного объектива 4 и второго коллиматорного объектива 6. Оптическая ось, связывающая центры первой дифракционной решетки 3, первого камерного объектива 4, промежуточной щели 5, второго коллиматорного объектива 6 и второй дифракционной решетки 7, расположена в плоскости, параллельной штрихам дифракционных решеток 3 и 7. Двойной монохроматор со сложением дисперсий работает следующим образом. Излучение, пройдя входную щель 1 по оптической оси, указанной на фигуре, поступает на первый коллиматорный объектив 2, который формирует излучение в виде параллельного луча. Далее параллельный луч направляется на первую дифракционную решетку 3 под углом падения 1. Здесь излучение раскладывается в спектр согласно основному уравнению дифракционной решетки(1),где- угол падения, - угол дифракции, - порядок спектра, - длина волны, - число штрихов на 1 мм дифракционной решетки. Луч длиной волныотражается под углом дифракции 1, идет по оптической оси,указанной на фигуре. Лучи других длин волни , которые определяются шириной 3 87612012.12.30 раскрытия промежуточной щели 5, отражаются под углами 1- и 1 соответственно. Индексы 1 и 2 обозначают первое и второе прохождение дифракционной решетки соответственно. Разложенное в спектр излучение в виде веера монохроматических параллельных лучей попадает на первый камерный объектив 4, который фокусирует спектр на промежуточной щели 5. Узкий спектральный интервал - проходит промежуточную щель 5 на второй коллиматорный объектив, который направляет параллельные лучи на вторую дифракционную решетку 7 под углами падения 2, 2 и 2-. Из (1) следует, что при второй дифракции лучи одной и той же длины волны отклоняются по обе стороны от луча с длиной вонына большие углы, чем при первой дифракции, т.е. 2-, 2. Дифрагированные второй раз параллельные лучи фокусируются вторым камерным объективом 8 на выходной щели 9 в виде спектра с большей линейной дисперсией, чем на промежуточной щели 5, и осуществляется сложение дисперсий. Для такого двойного монохроматора со сложением дисперсий линейная дисперсия определяется согласно 1, как(1 Г 22 ) , где- фокусное расстояние второго камерного объектива,1 и 2 - угловые дисперсии на первой и второй дифракционных решетках соответственно,Г 2 - меридиональное увеличение второй дифракционной решетки. 1 Практическое использование полезной модели позволило создать двойной монохроматор со сложением дисперсий по техническому заданию компании. В этом приборе удалось повысить световое пропускание за счет устранения дополнительных оптических элементов при размещении двух дифракционных решеток на одной оси вращения, т.е. с одним механизмом сканирования спектра. Изделие является серийной продукцией ЗАО СоларЛС под шифром 157. Технические характеристики Спектральный диапазон, нм 190-1100 Механический диапазон, нм 0-1100 Относительное отверстие на 190 нм 1/4,6 на 1000 нм 1/4,8 Фокусное расстояние 1-го монохроматора,мм Коллиматорный объектив 157,36 Камерный объектив 119,85 Фокусное расстояние 2-го монохроматора,мм Коллиматорный объектив 119,85 157,36 Камерный объектив Дифракционная решетка 51004070- количество штрихов на мм 1200- угол поворота дифракционной решетки 2,62 2,43 0,3 0,15 0,05 Сканирование от длины волны 0 к длине волны 010 нм составляет 0,5 сек Стоп Время обмена данными 0,5 сек Общее время 1 сек Изменяемые с автоматическим приводом,ширина 0-2 мм Фиксированная ширина 3 мм 2 для всех отражающих поверхностей 294195241 10 Промежуточная щель Покрытие Размеры, мм Вес, кг Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5