Спектрограф со скрещенной дисперсией

(5) 5 11 1 ъ/ БРЕТЕНИЯ ОП Н ДЕТЕЛЬС 1 е штр рны ос между оряют(71) Государственный институт приклаОПТИКИ(54) СПЕКТРОГРАФ СО СКРЕЩДИСПЕРСИЕЙ.спектральному приборостроению. Цбретения - упрощение конструкции,рографе со скрещенной дисперсиейиспользования дополнительного дисющего элемента выполняют на рабверхности дифракцион ной р ССТОЯ дной иу тояние д 2, а ра полнительными иборы.ЕННОЙ ческому ель изо- В спектвместо пергируочей. по- ешетки Изобрете спектральнок быть использ о мативной ние относится к оптическому 1 у приборостроению и может овано при создании высокоинфр спектральной аппаратуры.Известны спектрографы с диспергирующей системой, содержащей дифракционную решетку типа эшелле, работающую в высоких порядках спектра, и дополнитель-. ный диспергирующий элемент с направлением дисперсии, перпендикулярным направлению дисперсии эшелле, обеспечивающий пространственное разделение строчек спектров разных порядков, При этом может одновременно регистрироваться одна или несколько строчек спектра. В качестве дополнительного диспергирующе 4 ь (Л ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР между до штрихами - соотношению б 2 Л (Пъ Я+с.03 фО Е 40 зф(1+31 ПЯ) ),2 . 2 где А - длина волны дифрагированного излучения, к - рабочий порядок спектра, я - угол наклона оптической оси падающего на решетку пучка к плоскости, перпендикулярной основным штрихам, р - угол между нормалью к решетке и проекцией оптической оси падающего на решетку пучка на плоскость, перпендикулярную основным штрихам, В спектрографе дифракционная решетка совмещает в себе функции основного и дополнительного диспергирующих элементов и таким образом уменьшается число оптических элементов 1 ил,го элемента используется призма или дифракционная решетка,Недостатком оптических систем спектрографов со скрещенной дисперсией является. их повышенная сложность, обусловленная наличием не менее двух последовательно установленных диспергирующих элементов.Наиболее близким к предлагаемому устройству и принятым за прототип является спектрограф СТЭ, построенный по схеме скрещенной дисперсии и предназначенный для одновременной регистрации нескольких строчек спектра, Спектрограф содержит входную щель, коллимирующий и фокусирующий объективы, дифракционную решетку типа эшелле. дополнительный диспергирующий элемент в виде призмы с направлением дисперсии, перпендикулярным направлению дисперсии эшелле, и многоэлементный фотоприемник в виде фотопластинки и фотопленки.Наличие дополнительного диспергирующего элемента приводит к усложнению конструкции спектрографа, а также вызывает дополнительные потери излучения и аберрационные искажения изображения,Цель изобретения - упрощение конструкции спектрографа,Поставленная цель достигается тем, что в спектрографе со скрещенной дисперсией, содержащем оптически связанные входную щель, объектив, диспергирующую систему с дифракционной решеткой и двумерный фотоприемник, дифракционная решетка снабжена дополнительным штрихом, нанесенным на ее рабочую поверхность и перпендикулярным основным штрихам, причем расстояние О между основными штрихами удовлетворяет соотношениюЖо 1- -1+19 е соз у21а расстояние б между дополнительными штрихами - соотношению Ачсоя к.сои ялсоз р(1 + зп я) где Л - длина волны дифрагированного излучения;М - рабочий порядок спектра для длины волныг - угол наклона оси оптической оси, соединяющей объектив и дифракционную решетку, к плоскости, перпендикулярной основным штрихам решетки;р - угол между нормалью крешетке и проекцией оптической оси, соединяющей объектив и дифракционную решетку, на плоскость, перпендикулярную основным .штрихам решетки,На чертеже показан вариант схемы спектрографа,Спектрограф со скрещенной дисперсией содержит входную щель 1, совмещенный коллиматорно-камерный зеркальный объектив 2, дифракционную решетку 3 и многоканальный двумерный фотоприемникСпектрограф со скрещенной дисперсией работает следующим образом,Исследуемое излучение поступает через входную щель 1 на коллиматорнуючасть объектива 2 и параллельным пучком освещает дифракционную решетку 3, на отражающей стороне которой нанесены основные м дополнительные штрихи, Дифрагировавшее на решетке излучение поступает на камерную часть объектива 2, который строит в плоскости многоканального фотоприемника 4 ряд строчек спектра, соответствующих разным порядкам спектра. обусловленного действием основных штрихов решетки.5 Расстоянние между строчками спектра, необходимое для их пространственого разделения. будет обусловлено действием дополнительных штрихов решетки.Расстояния б 1 и 02 соответственно меж ду основными и дополнительными штрихами дифракционной решетки определяют из обобщенного уравнения дифракции в случае, когда ось падающего на решетку параллельного пучка лучей не лежит ни. в 15 плоскости ХОУ, перпендикулярной основным штрихам решетки (ось Х - нормаль к поверхности решетки, ось У перпендикулярна основным штрихам решетки, ось 2 параллельна основным штрихам решетки), 20 ни в плоскости ХОЕ, перпендикулярной дополнительным штрихам, (ось 7 перпендикулярна дополнительным штрихам, ось У па раллел ьна до пол нительн ым штрихам), а составляет с этими плоскостями соответст венно углы у и и.Для дифракции на основных штрихахрешетки в случае автоколлимации и дифракции на дополнительных штрихах справедливы соответственно соотношения 30 2 з 1 п р 1 =ЕЛ01 Соя Уизп+ пЮ2 соз Р. (2)где р 1 - проекция угла дифракции на плоскость, перпендикулярную основным штрихам (плоскость ХОУ):к - рабочий порядок спектра;40 Л - длина волны в центре спектрограммы;я - угол наклона оси падающего пучкалучей к плоскости, перпендикулярной основным штрихам решетки;рг - проекция угла дифракции на плоскость, перпендикулярную дополнительным штрихам (плоскость ХОЕ),Очевидно, что значения зпр 1 и 3 п,рне могут быть больше единицы, поэтому изсоотношений (1) и (2) следует1(Л2 сову(3)о, соиур +Втет (4) 55 Испол ьзуя ап па рат векторной алгебрыможно показать, что для вычисления углову и и справедливы соотношенияГсоз е + соз р 1 з 1 п е1744513 у СОЗ 2 Е + СОЗ 2 р 1 ЗП 2 ЕПри подстановке выражений (5) и (6) в(3) и (4) получим соотношения для выбора б 1и б 2 в видеб 1- р - ,1 ч 1 ц сов, .(7)КЛ 2 2 длина волафа;орядок с ы рабо тра для длины клона оптической оси, соедиив и дифракционную решетсти, перпендикулярной ихам решетки;ежду нормалью к решетке и ической оси, соединяющей ракционную решетку, на плодикулярную основным штри 2 Составитель С,Ивановедактор М.Кобылянская Техред М.Моргентал Коррект ал Заказ 2189 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Таким образом, данная дифракционная решетка совмещает в себе функции основного и дополнительного диспергирующего элемента спектрографа, что и обеспечивает упрощение его конструкции.Предлагаемый спектрограф со скрещенной дисперсией может найти применение при создании высокоинформативной и простой по конструкции спектральной аппаратуры, предназначенной для широкого использования при контроле загрязнений природной среды,формула изобретения Спектрограф со скрещенной дисперсией, содержащий оптически связанные входную щель, объектив, диспергирующую систему с дифракционной решеткой и двумерный фотоприемник, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции, дифракционная решетка снабжена дополнительными штрихами, нанесенными на ее рабочую поверхность и перпендикулярными основным штрихам, причем расстояние 5 д 1 между основными штрихами удовлетво- Р П Ю 9" к 12 0 а расстояние б 2 между дополнительным штрихами - соотношениюд / 2 2 2 где Я - средня пазона спектроК - рабочий волные- угол на няющий объект ку, к плоско основным штрр - угол м проекцией опт объектив и диф скость, перпен хам решетки,