Спектрограф с голографической решеткой

 

1. СПЕКТРОГРАФ С ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ РЕШЕТКОЙ, содержащий расположенные по ходу луча щель, вогнутую голографическую решетку и регистрирукяцее устройство, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью увели,чения светосилы и улучшения качества изображения при сохранении ширины рабочего .диапазона, в нем между щелью и решеткой введены дополнительный оптический элемент и неподвижное плоское зеркало установленное между указанньм элементом и решеткой, причем угол If, между отрезком, соединяющим Ц(ентр плоского зеркала с центром щели и нормалью к решетке., определяется из соотношения (,-b) sin4, - а , где 1 ,т cos ii - cos ijsin i,-sin i d, r cos ij - COS 1л) ; 1 a, --------. (- r i; sin 1,- sin ч d, - cos i., + cos i; ) ; где r - радиус решетки; параметры голографирования: i,, i - углы падения лучей из источников голографирования в центр решетки; d, djрасстояния от центра решетки до источников голографирования в меридиональной плоскости; d ,, d - расстояния от центра реш.етки до источников голографирования .в сагиттальной плоскости (соответствуют условиям минимума аберраций). 2.Спектрограф по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что дополни (Л тельный оптический элемент выполнен в виде плоского зеркала, установленного так, что нормаль к решетке проходит через его центр под углом 45. 3.Спектрограф по п.1, о т л и чающийся тем, что дополнительный оптический элемент выполнен :в виде конденсора и установлен так, что его оптическая ось лежит в одной , ел плоскости с центром неподвижного .; ;плоского зеркала, причем расстояние 1,-от фокальной плоскости конденсатора . СП при его рабочем положении до центра решетки определяется из сротнощейия cos I/, + а sin i/ - b , 1,. . где b 1 - J- ; 1 - расстояние от щели до центра решетки.

. СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) G

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ у .;;-ВСЕС% " - > (21) 3538087/18-25 (22) 13.01.83 (46) 07 03 88. Бюл. К 9

r 1 а — (вЂ â€” — — ——

sin 11 sin i d, dz — COS 1, + COS 1, ); (72) Ю.С.Нагулин, В.К.Прокофьевн.Н.К.Павлычева (53) 535.853 (088.8) (56) Патент Франции У 2334947, кл. G 01 J 3/18, опублик. 1977.

Патент Франции N 2996961, кл. G 01 Х 3/18, опублик. 1979. (cosg„-Ь) sin q,= azcoszl/ — а

r сов 1, = cos g, + à sin y„ - b

1 где

1 r cos 4 а, sin i,-sin iz d, r где Ь

Ф вЂ” cosi4

1 g — расстояние от щели до центра решетки.

r соз2 1%

cosi ) д Я е

z (54)(57) 1. СПЕКТРОГРАФ С ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ РЕШЕТКОЙ, содержащий расположенные по ходу луча щель, вогнутую голографическую решетку и регистрирующее устройство, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью увеличения светосилы и улучшения качества изображения при сохранении ширины рабочего, диапазона, в нем между щелью и решеткой введены дополнительный оптический элемент и неподвижное плоское зеркало, установленное между укаэанным элементом и решеткой, причем угол, между отрезком, соединяющим центр плоского зеркала с центром щели и нормалью к решетке., определяется из соотношения

„„Я0„„1105005 А где т - радиус решетки; параметры голографирования: 1,, 1 — углы па дения лучей из источников голографирования в центр решетки; d, d 1— расстояния от центра решетки до ис-. точников голографирования в меридиональной плоскости; d „ Й g — 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 шийся тем, что дополнительный оптический элемент выполнен в виде плоского зеркала, установленного так что нормаль к решетке про1 о ходит через его центр под углом 45

3. Спектрограф по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что дополнительный оптический элемент выполнен

ЭииМ в виде конденсора и установлен так, что его оптическая ось лежит в одной, .плоскости с центром неподвижного .:" СЛ .плоского зеркала, причем расстояние CO

1,-от фокальной плоскости конденсатора .. Ci gg) при его рабочем положении до центра решетки определяется из соотношения

11050 где г cos21, d, sin 1„- sin.12

1 Г

sin 3.1 — cos i + сов i ), Изобретение относится к области спектрального приборостроения и ьжжет быть использовано в исследовании спектров различных источников излу- 5 чения в широком спектральном интервале без перенастройки аппаратуры (например при исследовании излучения синхротронов и накопителей, установок. термоядерного синтеза и т.п.). 1p

Известен 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- 3Р 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, поскольку соответствующий выбор параметров голографирования может обеспечить коррекцию астигматизма и меридиональной комы только для одного положения решетки, такая конструкция не позволяет получить высокое качество

50 изображения по всему рабочему спектральному диапазону, а отсутствие коррекции сагиттальной комы препятствует увеличению относительного отверстия, т.е. светосилы прибора.

05 2 решеткой 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 соотношения (cos „- Ъ;) sing, = а,сов q, — a,, r cos i

cos i ---- cos i, 1

2 ю

1 где r — - радиус решетки; а параметры голографирования „ и углы падения лучей из источников голографирования в центр решетки; d,è

d — расстояния от центра решетки до источников голографирования в меридиональной плоскости; d u d — расстояния от центра решетки до источников голографирования в сагит- тальной 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 конденсора, 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

cos = cost),+ а, Sinlf — Ь

r 2

Целью изобретения является создание спектрографа с голографической

r где Ь = 1 - —, 1, — расстояние от. о щели до центра решетки.

1105005

На чертеже приведена оптическая схема спектрографа.

Спектрограф содержит щель 1, плоское зеркало 2 и конденсор 3, ус . тановленные с возможностью поочередного введения в пучок, неподвижное плоское зеркало 4, вогнутую голографическую решетку 5 и поверхность регистрации 6 изображения. Плоское зеркало 2 устанавливается так, что при его введении в пучок, нормаль к решетке проходит через его центр.

Плоское зеркало 4 установлено так, что его центр лежит в одной плоскости с оптической осью конденсора 3 при его рабочем положении и центром решетки 5, а отрезок, соединяющий центр зеркала 4 с центром решетки, (cos q,— b) sin д, = а соз2 q, — а

Работа устройства заключается в следующем. Световой пучок от входной щели 1 либо падает на решетку .5 по нормали, если в пучок введено плоское зеркало 2, либо проходит через конденсор 3, формирующий изображение входной щели, и, отражаясь от плоского зеркала 4, падает на решетку под углом .- Дифрагированное

t излучение фокусируется на поверхности регистрации 6, при этом при нормальном падении на этой поверхности фокусируется коротковолновая область, а при падении лучей под углом

1 длинноволновая.

Вогнутая голографическая решетка допускает использование по крайней мере двух различных углов падения с одним и тем же положением фокальных кривых.

При у= О Ъ = Ь = Ь = 1

1 2 ь

30

40

Формула для обирации голографической решетки на сферической подложке принимает вид

cos2 q а — sin q, cos y +Ь sin ;а, =О

50 откуда

a2cos2 ц, — а, san ц — — ——

cos Lr -Ь

Следовательно при углах падения у=О, т.е. при введении в пучок плоского составляет угол, с нормалью к ре- 20 шетке, определяемый иэ соотношения зеркала, и 1 = 1, 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.

Таким образом, введение плоского зеркала, конденсора и второго плоского зеркала при соблюдении определенных значений ц и 1 позволяет

1 ь получить 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 макетирование

Отечественной промышленностью для работы в вакуумной области спектра выпускается спектрограф ДФС-29, 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 относительному отверстию s 4 раза, имеет полную коррекцию астигматизма, меридиональной и сагиттальной комы и сферической аберрации для g = 175 нм и

= 300 нм и вдвое меньший по сравнению с базовым образцом астнгматизм на краю диапазона. Кроме того, 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.

1105005

Техред М. Диды Корректор И.Эрдейи

Редактор Н.Сильнягина

Заказ 997

Тираж 499 Подписное

ВЙИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4