Монохроматор

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 1185112 А 1)4 ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 21 22 46 объектив, дифракциопную решет мерный зеркальный объектив, в щель, а также двухлучевой инт метр, уголковые отражатели ко установлены с возможностью ра совместно с дифракционной реш о т л и ч а ю щ и й с я тем,моднуюрфероороговоротаткой,что,во -с целью выше точнос торный отсчетаркальозмож линый объе в ус овл азворота й м еридионалго зеркадящей чеающей по нои ног ох траж рхно о об ного зеркально оптической ось монохроматора уста костью перемещения сечения фокальной плоскостей камерно объектива. 4)( но-симм соде ную АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР АМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБ(71) Ленинградский ордена Трудого Красного Знамени институт тоной механики и оптики(56) Нагибина И.М., Прокофьев ВСпектральные приборы и техникаспектроскопии. Л.: Машиностроен1967, с. 44.Инфракрасная спектроскопиявысокого разрешения. Сб, подред. Жижина Г.Н. М.: Мир, 1972,с. 12-14. 7) МОНОХРОМАТОР с горизонталетричной оптической схемой ащии оптически связанные входль, коллиматорный зеркальный круг оси, нормаль- плоскости коллимаобъектива и чку пересечения ти коллиматоректива с его ыходная щель влена с возмождоль линии перемеридиональнойзеркального1 11851Изобретение относится к оптическому спектральному прибороСтроению.Целью изобретения является повышение точности отсчета длин волн путем обеспечения линейности и цело- численности шкалы длин волн.На чертеже показан монохроматор, построенный по горизонтально-симметричной схеме.Монохроматор содержит последовательно расположенные по ходу луча входную щель 1, коллиматорный зер". кальный объектив 2, дифракционную решетку 3, камерный зеркальный объектив 4, выходную щель 5, рычаг 6, ползун 7, дифференциальный интерферометр для измерения угла поворота дифракционной решетки, включающий расположенные последовательно по ходу луча источник 8 монохромати ческого излучения, светоделитель 9, зеркало 10, два уголковых отражателя 11,12, автоколлимационное зеркало 13, блок 14 регистрации.Монохроматор работает следующим образом.Световой поток от входной щели 1, расположенной в фокальной плоскости объектива .2, коллимируется объекгивом 2 и попадает на диф- ЗО ракционную решетку.3. Дифрагированный световой поток собирается объективом 4, котор;:й строит в плоскости выходной щели 5 монохроматические изображения входной щели 1. Механизм З 5 спектральной щели 5 расположен на ползуне, имеющем возможность перемецения в П-образных направляющих вдоль линии пересечения меридионаЛьной и фокальной плоскостей камер ного объектива 4. Оправа объектива 2 крепится с помощью пружинного подвеса к кронштейну, на котором установлена микрометренная подвижка для осуществления разворота коллиматор ного объектива вокруг оси, нормальной меридиональной плоскости и проходящей через его вершину. Последовательное выставление спектральных линий на выходную щель монохроматора 56 осуществляется путем разворота дифракционной решетки с помощью рычага 6, который разворачивается вокруг оси дифракционной решетки совместно с последней за счет перемещения 55 ползуна 7 в направляющих типа ласточкин хвост. Перемещение ползуна осуществляется вручную через винто 12вую пару (не показана). Привод 6,7 обеспечивает необходимую чувствитель ность, плавность хода и надежную фиксацию дифракционной решетки в рабочем положении.Вместе с дифракционной решеткой поворачиваются и отражатели интерферометра, установленные на основании дифракционной решетки. При этом монохроматическое излучение от источника 8 Не-йе лазера делится светоделителем 9 на два световых пучка, которые направляются свето- делителем 9 и зеркалом 10 к уголковым отражателям 11, 12. Пройдя отражатели 11, 12 и отразившись от автоколлимационного зеркала 13,1 световые пучки проходят отража- тели 11, 12 в обратном направлении, объединяются светоделителем 9 и направляются в блок 14 регистрации.Блок 14 состоит из фотоприемника - фотоэлектронного умножителя, формирователя импульсов и счетчика. При изменении разности хора лучей в интерферометре в связи с поворотом уголковых отражателей совместно с дифракционной решеткой осуществляется интерференционная амплитудная модуляция светового потока, попадающего на фотоэлектронный умножитель, в результате чего возникают синусоидальные изменения фото- тока и формирователь импульсов формирует счетные импульсы, появление каждого иэ которых соответствует изменению разности хода на Эр/Ь.Длина волны выводимой на выходную цель спектральной линии в монохроматоре с горизонтально-симметричной оптической схемой равна1"- - соб - ьпщ 2(1)где Й - постоянная дифракционнойрешетки,ш - порядок дифракции,- центральный угол монохроматора;Ч - угол поворота дифракционнойрешетки.Разность хода в интерферометреиэ-за смещения уголковых отражателей.при повороте дифракционной решеткиравна1185112 На чертеже пунктиром показано нулевое положение уголковых отражателей (прямой, соединяющей вершины отражателей, находящихся в нулевом положении). Очевидно, что смещение выходной щели по стрелке А на расстояние 0 = 2 руй,где Е - фокусное расстояние объектива, позволяет скомпенсировать имеющееся рассогласование нулевых положений а( дифрак. ционной решетки и интерферометра. При этом изменяется центральный угол монохроматорана 2 д- иР 1 Е в (=ач(считаем нулевым такое по- (1ложение дифракционной решетки, ког" да нормаль к ее отражающей поверхности делит центральнйй уголпополам, а на выходную щель выводится нулевой порядок дифракции). Для интерферометра считаем нулевьЫ такое положение, при котором прямая, .соединяющая вершины отражателей, параллельна отражающей плоскости автоколлимационного зеркала.Рассмотрим выражение (5). Предположим, что действие первого члена скомпенсировано перемещением выходной щели. Тогда для обеспечения а = О необходимо, чтобы выполнялрсь условие 30 аЗ 3 КоЭ = - сочв щ г го а - с 0 - соус ас - соб - ь 1 Ч -аа 3, аР ф 22 Ч( 50- - ва - злу а-), где М - порядок интерференции;А - длина волны настройки интерферометра;( - расстояние между вершинамиуголковых отражателей.Таким образом, для длины волны выводимой спектральной линии можно написать с учетом уравнений (1) и (2) следующее выражение: Основной причиной появления от.стунлений от линейности шкалы длин 15 волн является рассогласование нулевых положений дифракционной решетки и уголковых отражателей интерферо метра, а отступление от целочисленности определяется погрешностью рас стояния между вершинами уголковых отражателей, которая приводит к появлению накапливающейся к концу .рабочего диапазона погрешности. Так как в реальном монохроматоре 25 =/3 ф Ь(0;=а , реальное значениены волны Э можно представить в следующем виде: 2 дЯ303 = - со 5 МЯ ф - со%в в 2 ф 2 Р у (4) где Йв ц 1 - реально измеряеРмое перемещение механизма по котоФ35 рому мы судим о выводимой длине волны. В свою очередь 3 = Р 61 ч". :+ а а - угол рассогласования нулевых положений дифракционной решетки и интерферометра, т.е. вели чина 1 даже при точно установленном теоретическом значении рсопзй зависит от угла Ч;Из выражения (4) находим выражение для ошибки отсчета адлины волны% считая в выражении (4) переменным ц, р у,Подбирая величину и знак приращения авможно скомпенсировать55)упогрешность 6 о и в некоторых пределах Ь(. У др . У (Усов -- =зю - а- , 2 Р 2(6) А так .как ДХ) равен ь при компенсации последнего смещением выходной щели, то можно намеренно ввести рассогласование Ьф разворотом коллиматор;ого объектива на угол аЧ /2.1 причем где а ( - имеющееся рассогласование нулевых положений;фа 1 - ) - требуемое изменение2центрального угла монохроматора, найденноеиз выражения (6), с последующим компенсационнымперемещением выходнойщели на Р = аср" 1,Дпя согласования параметров монохроматора и интерферометра выполняется следующая последовательность операций.По отсчетному устройству находятся отсчеты, соответ 1(8) 51 й 9.51 Ч А(ост 30 Составитель М. ИвановРедактор Н. Швьщкая Техред Т.Фанта Корректор О. Луговая Тираж 89 б Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по,делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ 6352/34 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 ствующие истинным значениям длинволн Э %, выведенным на выходную щель, Затем определяются разности которые подставляются в выражение,для накопленной ошибки выведенияв интервале(Ф- %,), полученное извыражения (4) дифференцированиемпо (уир,24 1ЬЪ, м - СОЯ - . ГОБ Ц 2-С 05 ф 1 И фИ 3 . ЬРФ - с 05 Мосе 61 йЦ 1 р(7) откуда получаем следующие равенства: Из выражения (8) находим усредненное значение Ь о, по которому из уравнения (7) определяем имеющееся рассогласование Ьф и нужный компенсационный угол Ьиз выражения(Ь). Для компенсации выявленногорассогласования АЦ необходимо сместить выходную щель на расстояние1, 2 ь 1 1.при этом изменяется центральный уголна 2 Ь. Следовательно, требуемое для компенсациидействия ошибки Ьизменение угламожет быть найдено из следую щего соотношения:2 2 д - -дВведение угла+ производитсяза счет смещения выходной щели нарасстояние 6 =" 1 с последующимразворотом коллиматорного зеркалава угол -- р- - аеЕ ло оовмеве 2 х г20 ния изображения входной щели в нулевом порядке дифракции с выходнойщелью. Затем находятся новые разН Н вности Ь% Ь, ., Ь 9 и по нимрассчитываются остаточные погреш ности Аоет / ) Ь (у, По Ь/о / Рвыражения (7) находим компенсационный угол ф Если (3- уо, меньше допуска на согласование нулевых положений, то вводится окончательное смещение выходной щели 1 - 2 Я 1 .