Монохроматор

-.:; -:, . О П И С А И И-Е ИЗОБРЕТЕИ БЯ Союз Советских 687348 Социалистических Реслублин(22) Заявлено 20.08.75 (21) 2166916/18-2 1) М. Кл.С 01 3 рисоединением заявкисударстеенный комите 23) Приоритет Опубликован ло делам изобретенноткрытий(088,8) 5) Дата опубликования описания 25.09.79,72) Авторы изобретен В. Н,ионов и Е, 11, Котов) Заявитель вый Московский ордена Ленина и ордена Трудовогосного Зналеидедин 1 скиинститут им, И, М. Сечено 4) МООХРОМАТО содержащии входи го кочлиматора д ные дифракционные ую щель, зеркало входое кинематически раэдельрешетки, зеркало выход- выходную пель21, ния является раслирение эможностей монохромаго коллилатора 11 елью иэобрете нкциональных воэто тем, что монохро лителем, например л измой, совмещенной с иафрагмой. Светодели ду входной щелью и з оллиматора или передбжен средствами для т) Оатическои биппрямоугольной тель ановлен меж ркавходпом вход ной щелью и сна ворота вокруг и кой оси входного выходной щелью коллиматора в х смещения вдоль оптиче коллиматор зеркаломме 1 СОДНОГО оде разделенных свето ены оптические элемен ные зеркала. 1 Х учков ус тано например подвиж На фиг. 1 пр оптических схем ра, в которой диведена одна двухлучевог эмохснь монохроматоонн ая решетка расодного2 по-Изобретение относится к оптическому,конкретно к спектральному, приборостроению и может быть использовано в раэнс- образных спектральных приборах и установках, особенно предназначенных дляпрецизионных измерений, например, в спектрофотометрии, где для регистрации малойразности поглощения сравниваемыми образцами, составляющей десятые или сотыедоли процента от суммарного ослаблениясвета, вызываемого общим поглощением ирассеянием в десятки и сотни раз, требуется строгое сохранение равенства интенсивноСтей двух монохроматических пучковво всем спектральном диапазоне работымонохроматораИзвестны монохроматоры различныхконструкций 1. Все они однолучевые ине обладают широкими функциональнымивозможностями,Это затрудняет использование их дляпрецизионных спектрометрических и спектрофотометрических измерений.Наиболее близким к изобретенйю йо тех-нической сущности является монохроматор,09 79 Бюллетень 3 (53) У положена в фокальной плоскости вх5 .и выходного коллиматоров; на фиг.45казан ход центрального луча одного изполупучков в двухлучевом монохроматоре,у которого дифракционная решетка расположена на расстоянии от зеркала входного коллиматора меньшем его фокусного 5расстояния,Предлагаемый монохроматор содержитвходную щель 1, прямоугольную диафрагму 2, светоделитель 3, зеркало 4 входного коллиматора, дифракционную решетку 1 О5, зеркало 6 выходного коллиматора, выходную щель 7,Основание разделительной призмы перпендикулярно оптической оси коллиматора,Разделительное ребро призмы лежит в плос кости дисперсии, а прямоугольная днафрагма совмещена с основанием призмы. Плоскость дисперсии перпендикулярна штрихамрешетки и проходит через оптические осиколлиматоров ( см. фиг. 1),20Монохроматор работает следующим образом. Идущий иэ входной щели 1 световойпоток ограничивается прямоугольной диафрагмой 2 и делится разделительным ребромпризмы 3 на два полупучка со строго равными прямоугольными сечениями и иптенсивностями. Пентральные лучи полупучков(жирные линии) и оптпческая ось ко)цшматора 4 лежат в плоскости, перпендикулярной плоскости дисперсии. Светоделитель Оосуществляет поворот каждого полупучкакак единого целого, навстречу друг другутаким г бразсм, что центральные лучи полупучкг)г носк, светоделителя идут параллельно оптичес ой оси входного коллиматора,Поэтому и-сле отражения от коллимапионнсго зеркала центральные лучи пересекутсяв его фокальной плоскости, Точка их пересечения расположена в центре дифракционной решетки 5. Поскольку полупучки послевходного коллиматора из расходящихся становятся параллельными, то на поверхностирешетки произойдетстрогое совмещениедвух разделенных полупучков, что необходимо для достижения строгого равенстваинтенсивностей монохроматических пучководинаковых длин волн во всем спектральномдиапазоне работы монохромагора. Угловыеразмеры диафрагмы должны быть согласованыс относительным отверстием монохроматора,бОчтобы совмещенные полупучки полностьювписывались в зашгрихованную поверхностьрешетки, После отражения от зеркала выходного коллиматора 6 центральные лучи будутидти параллельно его оптической оси, а66сходящиеся полупучки образуют на его фокальной поверхности, в плоскости выходнойщели 7, два параллельных друг другу спектра. Совмещение разделенных светоделителемполупучков на диспергируюшем элементе60о(3), гдецентральным лучом и оптической осью коллиматора; оь - угол поворота полупучков;- расстояние между входной щелью исветоделителем; 4 о - угловые размерыпрямоугольной диаф 1)а мы в плоскости це 1- Фпендикулярной плоскости дисперсии,Для схемы двухлучевого моцохроматора(см. фиг. 1), у которого Я =- Р = Р 1, бд т иметь место равенства /-=: 0, =- ди 1=:К - , физический смысл которых очевиден.Таким образом, при заданных характеристиках двухлучевого монохроматора - фокусныхрасстояниях входного Р и выходного Г 1коллиматоров, расстоянии О диспергирующего элемента от зеркала входного коллиматора и относительном отверстии монохроматора, определяющем угловые размеры прямоугольной диафрагмы - угол поворота полупучков. светоделителем и положение последнего определяются расстоянием 2 К 1,на которое требуется развести монохроматические пучки на выходной щели. Равенства(1)-(3) остаются в силе, если оС и сьотрицательны, Отрицательное значение,"означает, что светоделитель должен бытьрасположен перед входной щелью монохроматора. Отрицательное же значение означает, что светоделитель осуществляет поворот полупучков не навстречу друг другу,когда с было условно принято положительным, а в противоположных направлениях.Следует отметить, что светоделитель неприводит к уменьшению светосилы монохроматора, а лищь требует применения соответствующего, более светосильного осветителя возможно и тогда, когда последний не расположен в фокальной поверхности входногоколлиматора, В этом случае центральныелучи полупучков после светоделителя будутидти под углом к его оптической оси,. На фиг. 2 пунктиром показаны продолженияпадающего на светоделитель и идущего после него центрального луча, указаны такжерасстояния между оптическими элементамимопохроматора и обозначены углы, РадиусОО 2 зеркала входного коллиматора проведенв точку падения на него центрального луча,Отрезок А 102 параллелен оптической оси1 коллиматора, К = АА 2,Можно показать, что для параксиальныхлучей при условии совмещения полупучковна решетке справедлпвы соотношенияр - й2 Г (1) ) = ) +6873и некоторого увеличения рабочей поверхности коллиматоров поскольку рабочая поверхность диспергируюшего элемента двухлучевого монохроматора может быть полностью освещена светом каждого из разделенных полупуч- б ков. Путем технически простых модификаций двухлучевого монохроматора мо:кцо сущест венно расширить его функциональные возможности. Так легко можно осуществить двухлучевой монохроматор с фиксированной О малой разницей длин волн двух монохроматических пучков света путем поворота светоделителя и прямоугольной диафрагмы вокруг оптической оси входного коллиматора, Эта операция приводит к смешению сиект- Ь ров вдоль дисперсии во взаимопротивоположных направлениях на величину, пропорциональную модулю синуса угла поворота, величине К 1 и обратной линейной дисперсии. Такой монохроматор может быть ггспользован, например, в спектральных приборах, регистрирующих первую производную спектра поглощения (излучения), Г 1 ри поворотеоих на 90 моцохроматор превращается в бихроматор. Двухлучевой монохрома г ор 25 легко преобразовать в двухволцовой лк цохроматор,с регулируемой разницей длшд волн, снабдив светоделитель средствами для смешения вдоль и (или) поворота вокруг оптической оси коллиматора, Даль- ЗО нейшее расширение функциональных возможностей осуществляется путем установки перед выходной щелью, где спектры пространственно разнесены, различных оптических элементов, например подвижных 35 зеркал, плоскопараллельных пластинок, оптических клиньев, поляроидов и т. д,Применение многофункционального монохроматора позволяет, например, выполнить двухволновой спектрофотометр, используя 40 только один диспергиругощий элемент; спектрометр с высокой точностью регулировки и отсчета разности длин волн, а также осуществить спектральную установку для регистрации первой и второй производной кривой спектра поглощения (излучения) без присушего ей дифференцирующего узла,Применение его в двухлучевых спектрофотометрах позволяет существенно упростить конструкцию последних, повысить спектрофотометрическую точность, чувст- вительность и надежность их работы. Испытуемые образцы и обтюраторный диск для г 1 опеременного освещения их могут быть установлены непосредственно за вы 1бходцой щелью двухпучегдого лгогдохолгдд: ра, Возлгожг ость осудцеств:геши дгдухдгудд. - вого л оцохроматора со светогде:ддгтелолг,помещенным перед его входной гддоддд,г, позволяет успецшо применять цзоб етегдгге и готовых спектрофотолгетггдх. Гак, применение его ггозводдгггго изготовить гггггбор, у которого уход нулевой лицин и рабочем диацзонг 350-700 нм це цревьшгает 5 10 "д единиц оптической плотности,шумы це цевыгцают 2 10единицы опдгггесгдогг игод ности прц использовашдл лалшы цкалцвацггя с иодным циклом лгошгдостьго 70 11 д ц ггггг оптической ширине щели 2 цлг. о эдгдгг характердгстддкалг прибор превосходит ггу дшие зарубежные регцстрцруюцпге двуллучевые спектрофотометры, такие как Еэ цФормула изобре гд. и и я1. Моцохроматор, содержапдцй ддходгдук щель, зеркало входного коллцматд ра, дггфракционную решетку, зеркало выходного коллиматора и выходгдую ше;гь, о т л и - чающий с я тем, что, с целью рсширения его функциональных возможностей, он снабжен светоделителем, ггапргдлдер ахго.- матической бипризмой, совмещенной с ггря моугольной диафраглгой.2. Монохроматор по гг. 1, о т л ив ч а ю ш и Й с я тем, чтд. светоделцтедп, установлен между входной щелью ц зергдадгогг входного коллиматора.3. Монохроматор по пп, 1 и 2, о т - л и ч а ю ш и й с я тем, что светоделцтель установлен перед входной ггдельгл,4. Монохроматор по пп, 1-3, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что светоделитель снабжен средствами для поворота вокруг и смешения вдоль оптическои оси входгдого коллилдатора,5. Монохроматор по пп, 1-4, о т л ивч а ю щ и й с я тем, что между выходной щелью и зеркалом выходного ког;ггглгатора в ходе разделенных световых пучковустановлены оптические элементы, напримерподвижные зеркала,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Тарасов К. И. Спектральные приборы,Л,; Машиностроение, 1968, с, 197-258. 2. Гатент США Лг 3520614, кл. 356-97,1 970.ираз: Цен аказ 32 аб., 2 1 5 5 (щель) (дифракц.сбещарешетка) делитель) 1 ИИИ осуларсгвенного комитета Совета Министров ССС но делам нэобрстеннй н открытий Москва, 113035, Раушская наб., 4 реднрнятне атент, Москва, Г 59, Бережно Цер кало)