Диспергирующее устройство

 

ДИСПЕРГИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее две последовательно расположенные плоские отражательные дифракционные решетки с взаимно параллельньми штрихами, каждая из которых установлена с возможностью поворота вокруг оси, совпадающей с центральным штрихом данной решетки, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности управления шириной полосы пропускания спектра , вторая решетка установлена с возможностью перемещения вдоль прямой, соединяющей центральные штрихи решеток, и поворота вокруг оси, совпадающей с центральным штрихом первой решетки, по дуге окружности, радиус г которой определяется соотношением lH0-o rcsiin(-j 0J где а - ширина заштрихованной поверхности первой решетки; д - угол между входной ветвью tp оптической оси устройства (Л и нормалью к поверхности первой решетки; - граничная длина волны в ко ротковолновой области спектра диспергируемого излучения; ,постоянная деления первой решетки. 4 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

С00 ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sg)4 С 02 В 27/44, 5/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и двтоескомм свидетельству

1" «»»1 »»» s °, »;

0 сое8 где

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3725640/24-10 (22) 07.02.84 (46) 07.08.85. Бюл. ¹ 29 (72) Т.С.Саамова и С.А.Стрежнев (53) 535.328 (088.8) (56) 1.Лабораторные оптические приборы,/Под ред. Л.А.Новицкого.-M

Машиностроение, 1979, с ° 340-341.

2.Патент РСТ № 81/03552, кл. С 02 В 27/38, опублик. 10.12.81. (54) (57) ДИСПЕРГИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее две последовательно расположенные плоские отражательные дифракционные решетки с взаимно параллельными штрихами, каждая из которых установлена с возможностью поворота вокруг оси, совпадающей с центральным штрихом данной решетки, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности управления шириной полосы пропускания спектра,- вторая решетка установлена с возможнос„„Я0„„11 1744 А тью перемещения вдоль прямой, соеди— няющей центральные штрихи решеток, и поворота вокруг оси, совпадающей с центральным штрихом первой решетки, по дуге окружности, радиус г которой определяется соотношением а Е

»(9 с»гс61п -5in 8 J 1 ширина заштрихованной поверхности первой решетки; угол между входной ветвью оптической оси устройства и нормалью к поверхности первой решетки; граничная длина волны в коротковолновой области спектра диспергируемого излучения; постоянная деления первой решетки.

0 5>А8

1 1 а Со56 где а

1 11717

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к конструкции диспергирующих устройств, и может быть использовано при изготовлении спектральных приборов для монохроматизации, фильтрации и поляризации излучения с перестройкой ширины полосы пропускания рабочей области спектра.

Известно устройство, в котором в 10 качестве диспергирующего элемента используется плоская дифракционная решетка (1j .

Недостатком этого. устройства является то, что, обеспечивая разложение падающего на решетк излучения в спектр, оно не позволяет без использования дополнительных средств (лин3oBblx или зеркальных объектов, спектральных щелей и т.д.) выделять излу- 2п чение спектрального интервала конечной ширины и тем более изменять ширину выделяемого спектрального интервала.

Наиболее близким к предлагаемому 25 по технической сущности является диспергирующее устройство, содержащее две последовательно расположенные плоские отражательные дифракционные решетки с взаимно параллельными штри-ЗО хами, каждая из которых установлена с возможностью поворота вокруг оси, совпадающей с центральным штрихом данной решетки. Каждая из решеток выполнена на поверхности прозрачной

35 плоскопараллельной подложки, причем на вторые поверхности обеих подложек нанесено еще по одной дифракционной решетке. Такое устройство позволяет выделять из падающего на него излу- 40

ЮЭ чения конечный спектральный интервал без применения дополнительных средств, т.е. использовать широкие световые пучки и тем самым повысить светосилу устройства по сравнению с соответст — вующим щелевым прибором во столько раэ, во сколько раз действующая апертура устройства превышает ширину входной щели щелевого прибора j2$ .

Недостатком известного устройства 50 является невозможность перестройки ширины полосы пропускания, которая определяется неизменными конструктивными параметрами. Кроме того, здесь имеет место ограниченный рабочий диа- 55 пазон спектра, связанный с селективностью пролускания материала подлож— ки, ограничением пределов углов падения из-эа полного внутреннего отражения на штрихах решетки, а также переналожением порядков спектра при освещении устройства излучением широкого спектрального диапазона, превышающего "октаву", т.е. свободную область дисперсии решетки.

Цель изобретения — обеспечение возможности управления шириной полосы пропускания спектра.

Поставленная цель достигается тем, что в диспергирующем устройстве, содержащем две последовательно расположенные плоские отражательные дифракционные решетки с взаимно параллельными штрихами, каждая из которых установлена с возможностью поворота вокруг оси, совпадающей с центральным штрихом данной решетки, вторая решетка установлена с возможностью перемещения вдоль прямой, соединяющей центральные штрихи решеток, и поворота вокруг оси, совпадающей с центральным штрихом первой решетки, по дуге окружности, радиус r которой определяется соотношением

t((6 accSin (61п 9)) ширина заштрихованной поверхности первой решетки; угол между входной ветвью оптической оси устройства и нормалью к поверхности первой решетки; граничная длина волны в коротковолновой области спектра диспергируемого излучения; постоянная деления первой решетки.

На чертеже представлены схема устройства и ход лучей в нем.

Диспергирующее устройство содер- жит две последовательно расположенные плоские отражательные дифракционные решетки 1 и 2 с взаимно параллельными штрихами (перпендикулярными плоскости чертежа). Первая решетка 1 установлена с возможностью поворота вокруг оси 3, а вторая решетка 2 вокруг оси 4. Оси 3 и 4 совпадают с центральными штрихами соответствующих решеток 1 и 2. Кроме того, решетка 2 имеет возможность перемещения

20 (2) ) h„=4,4 d,sin g, cos 6 где (6 — угол блеска первой решетки 1; A - коротковолновая граница области пропускания устройства.

Другая часть падающего изл чения с

Ъ с 9, будет дифрагировать в спектральные порядки 10 решетки 1. Для того, чтобы на вторую решетку 2 пада. ло излучение только нулевого порядка 9 спектра решетки 1, решетку 2 смещают вдоль прямой 5 до тех пор пока расстояние между центральными

35 штрихами решеток не окажется равным величине r соответствующей выражению (1), и поворачивают по дуге 6 .окружности с радиусом r вокруг оси

3 на угол 6 = 2g . Угол др образо- 4р ван входной ветвью 7 оптической оси устройства и прямой 5. Затем решетку

2 поворачивают вокруг оси 4 на угол

А

6, = arcsin (-d — sin 85 ), (3) 45

2 где h g — длинноволновая граница области пропускания устройства", постоянная деления второй 5О решетки 2.

Угол 8q образован прямой 5 и нормалью 11 к поверхности решетки 2.

При этом в первый порядок 12 спектра решетки 2 будет дифрагировать излучение с длинами волн ф % = d<(sin 8>+ sin 85 ). (4) 3 11717 вдоль прямой 5, соединяющей централь— ные штрихи решеток 1 и 2, и поворота вокруг оси 3 по дуге 6 окружности, радиус которой определяется соотношением (1) °

Устройство работает следующим образом.

Широкий пучок излучения со спектральным диапазоном Ъ а 9 < g naг дает на решетку 1 под углом 8, рав- 10 ным углу между входной ветвью 7 оптической оси устройства и нормалью 8 к поверхности этой решетки. Первая решетка 1 разлагает падающее на нее излучение в йулевой 9 (т.е. зеркально отраженный) и спектральные 10 порядки. При этом в нулевой порядок 9 спектра будет дифрагировать излучение с длинами волн.

44 4

Излучение же с длинами волн 3 p % будет дифрагировать (зеркально отра» жаться) от решетки 2 в нулевой поря-4 док 13 спектра. Таким образом, из спектрального диапазона Э

1 - 2 ) падающего широким пучком на решетку

1, диспергирующим устройством будет выделен в направлении первого порядка 12 решетки 2 спектральный диапазон A < Я -.

Изменяя угол падения 8 пучка на решетку 1 путем ее поворота вокруг оси 3, угол поворота 8 решетки 2 о вокруг этой же оси 3., а также угол поворота 8, второй решетки 2 вокруг оси 4, можно независимо изменять как коротковолновую A, так и длинноволновую А - границы рабочей области спектра, т.е. перестраивать (изменять) ширину полосы пропускания диспергирующего устройства и выделять на его выходе заданный спектральный диапазон, начиная от области спектра — 9 г до любой длины волны монохроматического излучения в указанном интервале.

Для выделения коротковолновой границы рабочей области спектра ф кроме нулевого порядка, могут быть также использованы спектральные порядки 10 решетки 1. Это возможно в случае, когда спектральный диапазон падающего излучения меньше "октавы".

Для первого порядка спектра величина октавы составляет

0,592 %= 7

Если в качестве спектрального порядка 10 использовать первый порядок спектра решетки 1, то в направлении

10 будет распространяться излучение с длиной волны Я o „= 1,5 d, sin g cos 8, ограничивающей пропускание диспергирующего устройства с коротковолновой стороны. При этом угол поворота 8О решетки 2 вокруг оси 3 может быть определен из выраже. ния

3g + Я "

8 = 6 + arcsig (- — — — sin 8 ). о 2d

Излучение на выходе устройства всегда полностью поляризовано перпендикулярно штрихам решеток.

Пример. Изготавливают диспергирующие устройства, параметры которых указаны в таблице, Для осуществления необходимых поворотов

i 17 1 744 первая решетка 1 устанавливается на столике, обеспечивающем возможность поворота на 90, с точностью

II отсчета угла поворота +30 . Вторая решетка 2 устанавливается на подвиж-, ном в радиальном направлении в-.ором стот1ике, обеспечивающем возможность независимого поворота вокруг оси

0 И вращения первого столика на 180 +30, 10 а также вокруг собственной оси на о п

90 +30 . При расчете параметров конструкции диспергирующих устройств необходимо учесть следующее:

I при увеличении угла падения 8 15 излучения на решетку 1 положение максимума концентрации энергии смещается в коротковолновую сторону, поэтому целесообразно, для возможности перестройки Э во веем диапазоне h Ф выбирать Q ) (e )) = A угол блеска решетки I целесообразно выбирать в диапазоне 18-22 (в о случае использования спектральных порядков 10) или меньше 5 (в случае о использования нулевого порядка 9) для исключения влияния поляризованных аномалий на распределение коэффициента отражения решетки; постоянная деления dt решетки 1 определяется выражением

Я 7 Л

2 — — sin О„ io (5) где 1, — длина волны, соответствую-! щая максимуму концентрации энергии в первом порядке спектра; параметры решетки 2 могут быть выбраны, исходя из необходимости получения максимального коэффициента отражения при углах дифракции, близких к скользящим, т.е. угол блеска решетки 2 должен быть больше 30", а постоянная деления d„ .должна удов—

2 летворять условию наличия только одного спектрального порядка 1.2, т е. 05 h d-,< h

Таким образом, предлагаемое устройство в отличие от известного обеспечивает возможность перестройки ширины полосы пропускания спектра во всей оптической области спектра — от ультрафиолетовой до микрорадиоволн при сохранении высокой светосилы устройства.

1!71744

I ,с I

,1

3

Ф и 1

СЪ

В/Ъ аСа

О

Ф

О.

° °

an О Ch Caa ю.

О

Ф

° О мЪ

Ю Ю с") Ю

С Ъ ф

Ф в

Ю Ю

5Ы з о

Са 4 ф О

an о

СО

Саа О ф

СсЪ о о ао л

ai o

Ю мЪ мЪ о о

CO

Ф

С Ъ С Ъ о о

Yl СЧ

Ю СО

С Ъ С 4 о о л

С3 с о

1 — — 4

I! у

О О л с л л Ю Ю сп с ъ DD oD

С4 С 4 СЧ СЧ

СЧ о

an о чР

С Ъ

Т; с-)

СЪ 1 мЪ

Ю

СЧ сч о о о

СЧ

an с

OD 1О с

СЧ

Ю

О Ю

ССс ч

Ф сч о о

Ю мЪ

С4

С Ъ о О

С 3 мЪ

СЧ С4 о о л

an СЧ л О

CO СО л

СЧ

Ф

Ю О

OD л

РЪ СЧ л

С Ъ

С Ъ

1

О !

1 ф 1 °

1 ф

О л

О О О Ю О О Ю Ю мЪ мЪ мЪ an

О О О CD О О О О

С Л an an an an Л

D л

СЧ о

О О л

Ф а л м1

Ф о

О мЪ

OO

С )

0 Оа

О мЪ О сО

СО СЧ с 4 Ю о о о

CO с 4 сЧ с Ъ 1О О

I

1 а

1 О О

О

СЧ

О О

C4 CV

СЪ МЪ МЪ мЪ О О с 4 сч

О О О

О О О

an an an

О О О

an мЪ мЪ ааа!

О Ю О !

О л

О л

О О л л

° °

О О

С мЪ С Л !

I ь ф l Ol ф и «!

5. 1 !

С Ъ

CJ ф О

O 4

Д мЪ

О

° О

О

R в 1 ф о

Рi Ф) I

& ф

Ф ф 1

5 t

РЪ

C) Ф

Э 1 ф

If 1 О

Й 1

9 а

Р м Е с .! 1

О а (ы

1 М

at

hl l

1- 1 ю

О 1 1

I

Л! ф"

Ю

an

Ю

Ъ ( ц сс О1

Ю

Ф

Ф

Ю

Ю мЪ

Ю О а в

Ю Ю

1 1 л е

Ю Ю

Ю

1171744

Составитель В.Кравченко

Редактор А.Б!ишкина Техред N.Гергель

Корректор F.. (:èðîõìàí

Подпис ное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4

Заказ 4858!38 Тираж 52á

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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