Компенсатор дрожания изображения спектра

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 3 3/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОБРЕТЕНИ В(71) Горьковский ордена ТрудовогоКрасного Знамени научно-исследоватеский радиофизический институт(56). 1. Курс астрофизики иастрономии. Под ред. акад.хайлова, т.1, М., "Наука",с. 554-556,2. Никули Северный А.Б.,Степанов В.Е ный магнитографКрымской аст ской обсерватории. - "Иэв. 1958, т. 19,вып. 3, с. 3 (прототип). звезднойА.А. Ми 1973,н Н.С.,СолнечрофизичеКрАО",54) (5 КОМПЕНСАТОР ДРОЖАНИЯ ИЗОБ ПЕКТРА, содержащий фотоде усилитель, соединенный с ром, ось которого перпенд аправлениям излучения и д РАЖЕ НИЯ тектор и сервомот лярн ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕ.801096504 А персии и параллельна поверхностижестко укрепленной на ней прозрачнойплоскопараллельной пластинки, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения информативности выходного сигнала, в него дополнительнвведены последовательно расположениипо ходу излучения перед фотодетектором поворотное зеркало и электрооптический кристалл, установленныймежду двумя поляроидами, а также генератор пилообразного напряжения,два узкополосных фильтра и фазовыйдетектор, при этом выход генераторапилообразного напряжения подключенк электрооптическому кристаллу ичерез первый узкополосный фильтр - копорному входу фазового детектора,выход фотодетектора через второйузкополосный фильтр подключен ксигнальному входу фазового детекторавыход которого соединен с входомусилителя.Изобретение относится к спектроскопии, в частности. к элементам конструкции спектрографов с линейной десперсией, и может быть использовано в астрофизике, атомной спектроско 5 пии, в химическом и флюоресцентном спектральных анализах.Обеспечение высокой разрешающей способности спектрографов с линейной дисперсией связано с увеличением длины оптического пути излучения. Однако при значительной длине оптического пути излучения возрастает дрожание изображения спектра. Это обусловлено неоднородностью воздуха внутри спектрографа, сейсмическими колебаниями оптических элементова также релаксацией напряжений элементов, оптических оправ и крепежных винтов Дрожание изображения спектра 26 приводит к снижению точности спектраль ного анализа.Известны устройства, позволяющие уменьшить дрожание иэображения спектра, обусловленное неоднородностью 25 воздуха. Уменьшение дрожания иэображения спектра обеспечивается с помощью вакуумирования или изотермирования спектрографа. При уменьшении дрожания изобрааения спектра с помощью вакууми.ЗО рования оптические элементы спектрографа помещают в герметическую камеру, иэ которой откачивают воздух. При уменьшении дрожания изображения спектра с помощью изотермирования 35 спектрограф помещают в двойной фанерный ящик, внутренние стенки которого окрашены белой краской Г 13.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому 46 результату является компенсатор дрожания изображения спектра, содержащий два фотодетектора и усилитель, соединеннцй с сервомотором, ось которого перпендикулярна направлениям 45 излучения и дисперсии и параллельна поверхности жестко укрепленной на ней прозрачной плоскопараллельнойпластинки 123.К недостаткам его можно отнести 50низкую информативность выходного сигнала.Целью изобретения является повышение информативности выходного сигнала,55Цель достигается тем, что в коипенсатор дрожания изображения спектра,содераащий фотодетектор и усилитель,соединенный с сервомотором, ось которого перпендикулярна направлениям излучения и дисперсии и параллельна поверхности жестко укрепленной на ней прозрачной плоскопараллельной пластинки, дополнительно введены последовательно расположенные по ходу излучения перед Фотодетектором поворотное зеркало и электроогтический кристалл, установленный между двумя поляроидами, а также генератор пилообразного напряжения, два узкополосных Фильтра и фазовый детектор, при этом выход генера:тора пилообразного напряжения подключен к электрооптическому кристаллу и через первый узкополосный фильтр - к опорному входу фазового детектора, выход фотодетектора через второй узкополоснцй фильтр подключен к сигнальному входу Фазового детектора, выход которого соединен с входом усилителя.На чертеже представлена структурная схема компенсатора дрожания иэображения спектра.Компенсатор содержит последова,тельно расположенные на оптической оси поворотное зеркало 1, электро- оптический кристалл 2, установленнцй между двумя поляроидами 3 и 4, и Фотодетектор 5. Поворотное зеркало 1 помещено на входе компенсатора в непосредственной близости к входной щели 6 спектрографа сбоку от нее. Выход генератора 7 пилообразного напряжения подключен к электрооптическому кристаллу 2 и через узкополосный фильтр 8 к опорному входу Фазового детектора 9. Выход фотодетектора 5 через узкополосный фильтр 10 подключен к сигнальному входу фазового детектора 9. Выход Фазового детектора 9 через усилитель 11 соединен с сервомотором 12. На оси серно. мотора 12 жестко закреплена прозрачная плоскопараллельная пластинка 13. Ось сервоиотора 12 установлена перпендикулярно направлениям излучения н дисперсии и параллельно по" верхности пластинки 13, Пластинка 13 расположена перед щелью б. При этом расстояние между пластинкой 13 и щелью б где- оптическая длина пути излучения в спектрографе.Оптические оси поляроидов 3 и 4 расоположены под углом 45 к оси Е электрооктического кристалла 2. Разностьхода Д между обыкновенным и необыкновенным лучами в электрооптическомкристалле 2ф 0где 2 д"В- ширина участка спектра излучения, поступающего навход компенсатора;Л 1 - центральная длина волныучастка спектра излучения,поступающего на вход компенсатора;239( 2 аЭ,где 2 д 0 - ширина участка спектра излучения, поступающего на щель 6.Амплитуда сигнала генератора 7 определяется условием обеспечения изме"10нения разности хода между обыкновенным и необыкновенным лучами в электрооптическом кристалле 2 за периодпилообразного напряжения на однудлину волны 0. ФильтРы 8 и 10 настроены на первую гармонику сигналагенератора 7. Коэффициент усиленияусилителя 11 определяется устойчивостью системы.Компенсатор дрожания изображенияспектра работает следующим образом.30Излучение, сформированное с помощью диспергирующего блока спектрографа, проходит через пластинку 13и поступает на выходную щель и навход компенсатора. Щель 6 вырезает 35анализируемый участок спектра излу"чения. Ло+ дгде Ло - центральная длина волны участка спектра излучения,поступающего на выходную щель Ь спектрографа. На вход компенсатора поступает участок спектра излученияФЛ 1 + о". Лгде Ь - центральная длина волны 451участка спектра излучения, поступающего на вход компенсатора, при этом=0 +(АЗфсР 31 или Лх В -(ЛЛ+сРЯ 1,Изменение Ло и В обусловлены дрожа кием иэображения спектра в спектрографе. Поскольку Л = Ло, то смещение за счет дрожания центральных длин волн участков спектра излучения, поступающих на выходную щель спектрографа и на вход компенсатора, будет одинаковым. Поворотное зеркало 1 направляет участок спектра излучения на поляроид 3. Поляроид 3 осуществляет выделение излучения с плоскостыдполяризации, повернутой на 45 по отношению к оси 0 электрооптического кристалла 2. и обеспечивает при этом равенство амплитуд обыкновенного и необыкновенного лучей, С помощью пилообразного напряжения, формируемогогенератором 7, электрооптический кристалл 2 осуществляет изменение разности хода между обыкновенным и необыкновенным лучами от Д до Ь + М . Поляроид 4 осуществляет сложение обыкновенного и необыкновенного лучей с выхода электрооптического кристалла 2, обеспечивая при этом равенство их амплитуд. Фаза светового сигнала на выходе поляроида 4 изменяется пропорционально изменениям центральной дли" ны волны участка спектра излучения, поступающего на вход компенсатора.Фотодетектор 5 осуществляет преобразование светового сигнала с выхода поляроида 4 в электрический сигнал.Переменная составляющая сигнала навыходе фотодетектора 5 состоит иэучастков синусоид с длительностьюТ , соответствующих прямому ходу сигнала генератора 7, разделенных участками синусоид длительностью Т 2, соответствующих обратному ходу пилооб" разного напряжения (Т 4 с Т). Фильтр 8 осуществляет выделейие синусоидального сигнала с частотой первой гармоники пилообразного напряжения.фаза сигнала на выходе фильтра 8 изменяется пропорционально изменениям центральной длины волны Л участка спектра излучения, поступающего на вход компенсатора. Фильтр 10 обеспечивает выделение первой гармоники пилообразного напряжения. Фазовый детектор 9 осуществляет преобразование разности фаз сигналов, поступающих на его входы в электрический сигнал постоянного тока. Уровень этого сигнала изменяется пропорционально изменению центральной длины волны Лоучастка спектра излучения, поступающего на вход компенсатора. Усилитель 11 обеспечивает усиление сигнала с выхода фазового детектора 9. Сигнал с выхода усилителя 11 поступает на сервомотор 12. Сервомотор 12 обеспечивает поворот пластинки 13 таким образом, что компенсируются смещения центральных длин волн участков спект. ра излучения, поступающих на вход09650 ИИПИ Заказ 3789/29 Тираж 823 Подаис компенсатора и на выходную щель 6спектрографа. Таким образом, в разработанном компенсаторе осуществлена компенсация 5 дрожания иэображения спектра за счет компенсации смещения центральной длины волны участка спектра излучения, близкого к участку спектра, поступающему на выходную щель спектрографа. При этом вносятся искажения в само иэображение спектра и сохраняется информация о положении спектральной линии, в результате чего обеспечивается положительный эффект, повьпдасфгся информативность выходного сигналакомпенсатора. Достоинством разработанного компенсатора является также то, что он обеспечивает компенсацию не только црожания изображения спектра, обусловленного неоднородностью воздуха, но и дрожания иэображения спектра, вызванного сейсмическими колебаниями оптических элементов, релаксацией напряжений элементов оптических оправ и крепежных винтов.