Спектрограф с голографической решеткой

(46) 07.03.88. Бюл 9 де г - радиус решетки; параметры голографирования: 12 - углы падения лучей из источников голографирования в центр решетки; Й , Й 2 - расстояния от центра решетки до ис-. точников голографирования в меридиональной плоскости; ЙЙ 2 - расстояния от центра решетки до источников голографирования в сагиттальной плоскости (соответствуют условиям минимума аберраций).2. Спектрограф по п.1, о т л и - Я ч а ю щ и й с я тем, что дополнительный оптический элемент выполнен в виде плоского зеркала, установленного так что нормаль к решетке про 1о ходит через его центр под углом 453. Спектрограф по и. 1, о т л и ".плоског 1, от фокпри его решетки- расстояние от щел решетки. ент УДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬС(54) (57) 1. СПЕКТРОГРАФ С ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ РЕШЕТКОЙ, содержащий расположенные по ходу луча щель, вогнутуюголографическую решетку и регистрирующее устройство, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью увеличения светосилы и улучшения качества изображения при сохранении ширинырабочего, диапазона, в нем между щельюи решеткой введены дополнительный оптический элемент и неподвижное плоское зеркало, установленное междуукаэанным элементом и решеткой, причем угол 1, между отрезком, соединяющим центр плоского зеркала с центром щели и нормалью к решетке., определяется из соотношения 1 г г.(2.п 1, - зхп г 2 Й, Й 2оз з, + соз 1,); и й с я тем, что дополниоптический элемент выполненонденсора и установлен так,оптическая ось лежит в одной,и с центром неподвижногозеркала, причем расстояниеалькой плоскости конденсатора .рабочем положении до центраопределяется из соотношения11050 где г соя 1, - соя д, + соя),Изобретение относится к области спектрального приборостроения и ьжжет быть использовано в исследовании спектров различных источников излу чения в широком спектральном интервале без перенастройки аппаратуры (например при исследовании излучения синхротронов и накопителей, установок термоядерного синтеза и т.п.), 10Известен спектрограф, содержащий последовательно расположенные щель, вогнутую голографическую решетку и регистрирующее устройство. В этом спектрографе голографическая решетка 15 позволяет фокусировать спектр на плоскость с коррекцией на ней астигматизма и меридиональной комы. Однако такая коррекция возможна лишь для узкого спектрального диапазона и для 20 его расширения на одной подложке изготавливают несколько решеток с разной частотой штрихов. В этом случае требуется несколько регистрирующих устройств, что значительно усложняет 25 конструкцию; Кроме того, такая схема не пригодна для построения светосильного спектрографа, так как с увеличением относительного отверстия решетки возрастают аберрации, кото- ЗО рые не были коррегированш, в первую очередь сагиттальная кома.Наиболее близким по технической сущности является спектрограф с голографической решеткой .с плоским полем для широкого спектрального интервала, содержащий расположенные по ходу луча щель, голографическую решетку и регистрирующее устройство. Перекрытие всего требуемого спектрального интер вала осуществляется поворотом решетки вокруг оси, проходящей через ее центр кривизны. Необходимость поворота решетки значительно усложняет конструкцию и юстировку прибора, Кроме того, 45 поскольку соответствующий выбор параметров голографирования может обеспечить коррекцию астигматизма и меридиональной комы только для одного положения решетки, такая конструкция не позволяет получить высокое качество изображения по всему рабочему спектральному диапазону, а отсутствие коррекции сагиттальной комы препятствует увеличению относительного от 55 верстия, т.е. светосилы прибора. 05 2решеткой с увеличенной светосилой и улучшенным качеством изображения,Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем расположенные по ходу луча щель, вогнутую голографическую решетку и регистрирующее устройство, между щелью и решеткой установлен дополнительный оптический элемент и неподвижное плоское зеркало, установленное между указанным элементом и решеткой так, что угол у между отрезком, соединяющим центр плоского зеркала с центром. щели и нормалью к решетке, определяется из соотношения1 г г------ ( -- вп 1, - вп 1 Й, д где г - радиус решетки;а параметры голографирования 1 и углы падения лучей из источников голографирования в центр решетки; И,и Й - расстояния от центра решетки до источников голографирования в меридиональной плоскости; й, и д- расстояния от центра решетки до источников голографирования в сагиттальной плоскости (соответствуют условиям минимума аберраций). При этом дополнительный оптический элемент может быть выполнен в виде плоского зеркала, установленного так, что нормаль к решетке проходит через его центр под углом 45 , или в виде коноденсора, установленного так, что его оптическая ось лежит в одной плоскости с центром плоского зеркала, а расстояние 1 от фокальной плоскости конденсора до центра решетки определяется из соотношения г соя= соя + а 81 п - Ь 1 1Целью изобретения является создание спектрографа с голографической где Ь = 1 " - , 1, - расстояние от.ощели до центра решетки.1105005 25 30 40 откуда асов 2 ц, - а, вп ц = - ---- =- сов К -Ь1 55 Следовательно при углах падефт,е. при введении в пучок плоского На чертеже приведена оптическаясхема спектрографа.Спектрограф содержит щель 1,плоское зеркало 2 и конденсор 3, ус. тановленные с возможностью поочередного введения в пучок, неподвижноеплоское зеркало 4, вогнутую голографическую решетку 5 и поверхность регистрации 6 изображения. Плоское зеркало 2 устанавливается так, чтопри его введении в пучок, нормаль крешетке проходит через его центр.Плоское зеркало 4 установлено так,что его центр лежит в одной плоскости с оптической осью конденсора 3 приего рабочем положении и центром решетки 5, а отрезок, соединяющийцентр зеркала 4 с центром решетки,составляет угол , с нормалью к решетке, определяемый иэ соотношения(сов ц, - Ь) вдп д, = асов у, - а,Работа устройства заключается вследующем. Световой пучок от входной щели 1 либо падает на решетку .5по нормали, если в пучок введеноплоское зеркало 2, либо проходит через конденсор 3, формирующий изображение входной щели, и, отражаясьот плоского зеркала 4, падает на решетку под углом ; Дифрагированноеизлучение фокусируется на поверхности регистрации 6, при этом при нормальном падении на этой поверхностифокусируется коротковолновая область,а при падении лучей под углом1длинноволновая,Вогнутая голографическая решеткадопускает использование по крайнеймере двух различных углов падения содним и тем же положением фокальныхкривых.гПри у= 0 Ъ = Ь = Ь = 1ь формула для обирации голографической решетки на сферической подложке принимает вид совЧ а - вп,сов +Ь виЧ;а,=О50 зеркала, и 4=т.е. при введении конденсора, на одной и той же фокальной поверхности будут фокусироваться . разные спектральные диапазоны, причем при нормальном падении на этой поверхности фокусируется коротковолновая область, а при падении лучей под углом- более длинноволновая.1Таким образом, введение плоского зеркала, конденсора и второго плоского зеркала при соблюдении определенных значений ц и 1 позволяет1получить высокое качество изображения и увеличение светосилы при сохранении ширины рабочего спектрального диапазона.В настоящее время рассчитана оптическая схема спектрографа, проведено ее полное исследование посредством анализа хода лучей. Согласно полученным параметрам изготавливается голографическая решетка, предполагается макетированиеОтечественной промышленностью для работы в вакуумной области спектра выпускается спектрограф ДФС, который может быть принят за базовый образец. Рабочий диапазон базового прибора 50-400 нм, относительное отверстие 1 16. Спектр фотографируется участками по 150 нм. Для изменения спектрального диапазона необходимо сложным рычажно-винтовым механизмом переместить и развернуть дифракционную решетку и кассету. Небольшое относительное отверстие не позволяет испольэовать его при исследовании слабых сигналов, а астигматиэм затрудняет проведение исследований пространственного распределения излучения в источнике.Предлагаемый спектрограф превосходит базовый образец по относительномуотверстию в 4 раза, имеет полную коррекцию астигматизма, меридиональной и сагиттальной комы и сферической аберрации для= 175 нм и= 300 нм и вдвое меньший по сравнению с базовым образцом астнгматизм на краю диапазона, Крометого, в спектрографе решетка, кассета и щель неподвижны, т.е. не требуется сложного механизма для изменения рабочего спектрального диапазона.Спектрограф-будет использован при исследовании излучения примесей в установках термоядерного синтеза..Дцдьк Корректор И,Эрдеи Те Заказ 997 Тираж 499 Подписное ВЙИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб.,д. 4