Двойной монохроматор
Номер патента: U 3987
Опубликовано: 30.10.2007
Авторы: Калитухо Ирина Николаевна, Семченков Сергей Алексеевич, Спицын Игорь Гаврилович
Текст
(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Закрытое акционерное общество СОЛАР ЛС(72) Авторы Спицын Игорь Гаврилович Семченков Сергей Алексеевич Калитухо Ирина Николаевна(73) Патентообладатель Закрытое акционерное общество СОЛАР ЛС(57) Двойной монохроматор, 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 с совмещением их рабочих поверхностей в одной плоскости, второй камерный объектив и выходную щель, а также систему оптического сопряжения в виде двух плоских отражателей, зеркальные поверхности которых расположены под углом 45 к оптической оси, связывающей центры первого камерного объектива, промежуточной щели и второго коллиматорного объектива, отличающийся тем, что в состав двойного монохроматора введен отражатель в виде двух плоских зеркал, образующих двухгранный угол величиной 90, снабженный средством для взаимной замены положения с одним из плоских отражателей, причем в рабочем положении ребро двухгранного угла расположено под углом 45 к оптической оси, связывающей центры первого камерного объектива, промежуточной щели и второго коллиматорного объектива, а указанная оптическая ось делит двухгранный угол пополам.(56) 1. Пейсахсон И.В. Оптика спектральных приборов. - Л. 1975. - С. 171-178. 2.257. Проспект фирмы , 1994. - С. 2-30. 3. Патент США 3.472.596, МПК 02 5/2, 14 окт. 1969. 4. Двойной монохроматор -130. Предполагаемая полезная модель относится к области спектрального приборостроения. При регистрации спектров люминесценции (флуоресценции), спектров Рамана и т.п. используются мощные источники возбуждения. Во входную щель монохроматора вместе с регистрируемым излучением от объекта попадает рассеянный свет от источника возбуждения. Интенсивность рассеянного света может быть выше интенсивности измеряемых спектров. Существуют различные способы уменьшения рассеянного света. Одним из надежных способов является применение двойных монохроматоров. Двойной монохроматор представляет собой систему из двух простых монохроматоров, в котором выходная щель первого монохроматора служит входной щелью второго монохроматора (средняя или промежуточная щель). В зависимости от взаимного расположения диспергирующих элементов в обоих монохроматорах существует два типа двойных монохроматоров, работающих в режиме сложения дисперсий или в режиме вычитания дисперсий 1. Кроме уменьшения рассеянного света до уровня 10-8-10-10, двойные монохроматоры выполняют и другие функции. Применение двойного монохроматора в режиме сложения дисперсий позволяет увеличить его разрешающую способность, а при определенных условиях - светосилу 1. Применение двойного монохроматора в режиме вычитания дисперсий позволяет использовать его в качестве перестраиваемого по длинам волн фильтра с изменяющейся спектральной шириной пропускания. Если ход лучей в первой половине двойного монохроматора в точности соответствует обратному ходу лучей во второй половине двойного монохроматора, то осуществляется полная компенсация дисперсий - достигается нулевая дисперсия. Спектр, выделяемый промежуточной щелью, изображается в этом случае в виде одной спектральной линии. 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 дисперсий, либо с вычитанием. Чтобы расширить функциональные возможности этой установки - совместить оба режима работы, необходимо при переходе от одного режима работы к другому проводить демонтаж и новый монтаж установки с последующей наладкой. Другим недостатком этих устройств является наличие отдельных приводов для сканирования спектра в каждом монохроматоре. Это усложняет управление устройством, требует точной синхронизации работы двух ее частей. 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 с совмещением их рабочих поверхностей в одной плоскости, второй камерный объектив и выходную щель, а также систему оптического сопряжения в виде двух плоских отражателей, зеркальные поверхности которых расположены под углом 45 к оптической оси, связывающей центры первого камерного объектива, промежуточной щели и второго коллиматорного объектива. 2 39872007.10.30 В известном монохроматоре рабочие поверхности дифракционных решеток совмещены в одной плоскости на общей оси вращения, т.е. имеется только одно взаимное положение дифракционных решеток и, как следствие, выполняется только один режим работы. Это ограничивает функциональные возможности двойного монохроматора. Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей двойного монохроматора за счет совмещения в одном двойном монохроматоре двух режимов работы сложения дисперсий и вычитания дисперсий (при нулевом значении) с оперативной сменой режимов. Поставленная задача достигается за счет того, что в двойном монохроматоре, содержащем 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 с совмещением их рабочих поверхностей в одной плоскости, второй камерный объектив и выходную щель, а также систему оптического сопряжения в виде двух плоских отражателей, зеркальные поверхности которых расположены под углом 45 к оптической оси, связывающей центры первого камерного объектива, промежуточной щели и второго коллиматорного объектива, введен отражатель в виде двух плоских зеркал, образующих двухгранный угол величиной 90,снабженный средством для взаимной замены положения с одним из плоских отражателей,причем в рабочем положении ребро двухгранного угла расположено под углом 45 к оптической оси, связывающей центры первого камерного объектива, промежуточной щели и второго коллиматорного объектива, а указанная оптическая ось делит двухгранный угол пополам. На фиг. 1 изображена оптическая схема двойного монохроматора в режиме вычитания дисперсий, на фиг. 2 - в режиме сложения 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, плоские отражатели 11 и 12, отражатель в виде двухгранного угла 13 и ось 14 устройства смены отражателей (на фиг. 1 и 2 устройство не показано). 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. Рабочие поверхности дифракционных решеток расположены в одной плоскости. Возможна замена двух решеток одной решеткой с двумя рабочими зонами. С целью получения нулевой дисперсии дифракционные решетки 3 и 7 находятся на фокальных поверхностях объективов 4 и 6 соответственно. Пара отражателей 11 и 12 в режиме вычитания дисперсий и пара отражателей 13-12 в режиме сложения дисперсий совмещают фокальные поверхности объективов 4 и 6 на промежуточной щели 5. Взаимная замена отражателей 11 и 13 для оперативной смены режимов работы двойного монохроматора осуществляется механическим устройством (на схеме не показано) при помощи поворота оси 14 на определенный угол. Двойной монохроматор работает следующим образом. Излучение, пройдя входную щель 1, направляется первым коллиматорным объективом 2 на первую дифракционную решетку 3 в виде параллельного луча под углом падения 1. Здесь излучение раскладывается в спектр согласно основному уравнению дифракционной решетки 3 39872007.10.30(1), где- угол падения, - угол дифракции, - порядок спектра,- длина волны, - число штрихов на мм дифракционной решетки. Луч длиной волныотражается под углом дифракции 1 и идет по оптической оси,указанной на фиг. 1 и 2. Лучи других длин волни , которые определяются шириной раскрытия промежуточной щели 6, отражаются под углами 1 и 1 соответственно. Индекс 1 и 2 обозначает первое и второе прохождение дифракционной решетки соответственно. Разложенное в спектр излучение в виде параллельных лучей попадает на первый камерный объектив 4, который фокусирует спектр на промежуточной щели с помощью плоского отражателя 11. При этом лучи длин волниидут от первого камерного объектива 4 по своим оптическим осям по обе стороны от оси луча длиной волныи параллельно ему (условие выполнения нулевой дисперсии). Из промежуточной щели 5, посредством плоского отражателя 12, лучи аналогичным образом приходят на второй коллиматорный объектив 6, который направляет их в виде параллельных лучей на вторую дифракционную решетку 7. Для лучей одной и той же длины волны углы падения на вторую дифракционную решетку 7 равны углам дифракции на первой дифракционной решетке 3. Поэтому лучи всех длин волн пойдут под одним и тем же углом дифракции 2 , равным углу падения 1 для неразложенного излучения на первой дифракционной решетке 3. Следствием этого является полное вычитание дисперсий - нулевая дисперсия. Параллельный луч, включающий в себя спектральный интервал, пропущенный промежуточной щелью 5,фокусируется вторым камерным объективом 8 на выходную щель 9. При повороте оси 14 на определенный угол плоский отражатель 11 заменяется угловым отражателем 13 (см. фиг. 2). Его действие приводит к зеркальному оборачиванию на 180 хода лучей вокруг оптической оси лучи длин волнипоменяются местами относительно луча длиной волны . Вследствие этого второй коллиматорный объектив 6 направляет параллельные лучи на вторую дифракционную решетку 7 под углами падения 2, 2 и 2-. Из (1) следует, что привторой дифракции лучи одной и той же длины волны отклоняются по обе стороны от луча длиной волнына 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 - осуществляется сложение дисперсий. Для такого двойного монохроматора в режиме сложения дисперсии линейная дисперсия определяется согласно 1, как(1 Г 22 ), где- фокусное расстояние второго камерного объектива 8. 1 и 2 - угловые дисперсии на первой и второй дифракционной решетке соответственно. Г 2 - меридианальное увеличение второй дифракционной решетки. 122 Реализация полезной модели позволяет значительно расширить функциональные возможности двойного монохроматора совместить два режима работы в одном двойном монохроматоре и обеспечить их оперативную смену. 4 39872007.10.30 Пример конкретного выполнения. Формула полезной модели реализована в двойном монохроматоре со сложением и вычитанием дисперсий -130 4, являющейся серийно выпускаемой моделью ЗАО СОЛАР ЛС .-130 имеет следующую спецификацию Оптическая схема Фокусные расстояния, мм 1-й коллиматорный объектив 1-й камерный объектив 2-й коллиматорный объектив 2-й камерный объектив Порты Относительное отверстие Входная и выходная щели, мм Ширина щели Высота щели Промежуточная щель, мм Ширина щели Высота щели Дифракционные решетки Число штрихов на мм Длина волны в блеске, нм Рабочий спектральный диапазон, нм Сканируемый спектральный диапазон, нм Обратная линейная дисперсия (средняя) на первом монохроматоре, нм/мм Шаг сканирования, нм Скорость сканирования, нм/с Спектральное разрешение, нм Обратная линейная дисперсия (средняя) при сложении, нм/мм Ширина выделяемого спектрального интервала, нм Обратная линейная дисперсия при вычитании, нм/мм Ширина выделяемого спектрального интервала, нм Рассеянный свет Интерфейс Требования к электрической сети Габариты, мм Вес, кг Две модифицированные схемы Черни-Тернера со сложением или вычитанием дисперсии 130 142 142 130 1 входной, 1 выходной 14.5 Микрометрическая изменяется от 0 до 2 12 Микрометрическая изменяется от 0 до 5 12 Две решетки на одном Две решетки на оддержателе ном держателе 1200 600 280 600 190-650 385-1300 0-760 0-1300 5,8 0,01 19 0,07 Смена рабочих спектральных диапазонов осуществляется сменой держателей дифракционных решеток. Переключение режимов работы осуществляется при помощи рукоятки,выведенной на внешнюю сторону корпуса двойного монохроматора. В 2007 году фирма СОЛАР ЛСосуществила поставку четырех приборов -130 во Францию, Италию и Португалию. 5 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6
МПК / Метки
МПК: G01J 3/12
Метки: двойной, монохроматор
Код ссылки
<a href="https://by.patents.su/6-u3987-dvojjnojj-monohromator.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Двойной монохроматор</a>
Предыдущий патент: Речная каскадная электростанция
Следующий патент: Воздушный классификатор
Случайный патент: Способ получения износостойкого покрытия