Растровый спектрометр с селективной модуляцией

 

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению, Целью изобретения является увеличение светосилы путем уменьшения потерь светового потока, обусловленных аберрациями. Входной и выходной растры спектрометра с селективной модуляцией содержат ряды, составленные из N прозрачных и непрозрачных элементов. Входной и выходной растаял имеют по (N+2) и (N+3) рядов соответственно. Первый ряд в обоих растрах составлен из N/2 расположенных подряд прозрачных и N/2 непрозрачных элементов. Второй ряд в обоих растрах составлен из непрозрачных элементов. В остальных рядах прозрачные и непрозрачные элементы расположены в соответствии с положительными и отрицательными элементами периодической кодовой последовательности с двухуровневой автокорреляционной функцией периода N_O = N/2. В нечетных рядах прозрачные элементы соответствуют положительным элементам последовательности, в непрозрачные - отрицательным элементам. Четные ряды содержат группы из N/2 расположенных подряд элементов, в которых прозрачные элементы соответствуют отрицательным элементам последовательности, a непрозрачные - положительным. Преимуществом является упрощение изготовления растров за счет уменьшения количества горизонтальных рядов. 5 ил.

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Целью изобретения является увеличение светосилы путем уменьшения потерь светового потока, обусловленных аберрациями. На фиг. 1 изображена принципиальная схема растрового спектрометра с селективной модуляцией; на фиг. 2 пример периодической кодовой последовательности с двухуровневой автокорреляционной функцией периода N_о= 7; на фиг. 3 входной и выходной растры спектрометра; на фиг. 4 - функция пропускания монохроматора для двух положений растровой системы; на фиг. 5 аппаратная функция спектрометра после исключения постоянной составляющей в режиме осцилляции. Спектрометр содержит монохроматор, включающий входной растр 1, коллиматорный объектив 2, диспергирующую систему 3 в виде дифрационной решетки, фокусирующий объектив 4 и выходной растр 5, систему исключения постоянной составляющей, состоящую из напрaвляющих 6, штанги 7, эксцентрика 8 и электродвигателя 9, прием-регистрирующую систему 10 (фиг. 1). В примере конкретного выполнения входной растр 1 содержит М 16 горизонтальных рядов из N 14 прозрачных и непрозрачных элементов (фиг, 3, поз.11), а выходной растр 5 содержит М + 1 17 горизонтальных рядов из тех же N 14 прозрачных и непрозрачных элементов (фиг. 3, поз. 12). В обоих растрах первый горизонтальный ряд элементов составлен из N/2 7 расположенных подряд прозрачных и N/2 7 непрозрачных элементов. Второй ряд элементов в обоих растрах полностью непрозрачен. Последующая структура растров сформирована следующим образом. Во всех нечетных горизонтальных рядах прозрачные и непрозрачные элементы расположены в соответствии с положительными и отрицательными элементами периодической кодовой последовательности с двухуровневой автокорреляционной функцией периода N₀ N/2 7 (фиг. 2), причем прозрачные элементы в растрах соответствуют положительным элементам последовательности, а непрозрачные - отрицательным элементам последовательности. Например, третий ряд 11010001101000, где 1 означает прозрачный, а 0 непрозрачный элементы. Все четные ряды в свою очередь содержат несовпадающие друг с другом группы из N/2 7 расположенных подряд элементов, из которых прозрачные соответствуют отрицательным элементам указанной выше кодовой последовательности, а непрозрачные положительным элементам этой последовательности. Например, в 4-ом и в 6-ом рядах это группы элементов со 2-го по 8-й и с 3-го по 9-й соответственно (фиг. 3). Остальные элементы в четных рядах растров идентичны соответствующим элементам из нечетных рядов. В настоящее время известны четыре типа периодических кодовых последовательностей с двухуровневыми автокорреляционными функциями: m - последовательности с периодами N₀= 2^m- 1, где m 1, 2, 3, последовательности Лежандра с периодами N₀ 3 (mod 4), N₀ - простое число; последовательности Якоби с периодом N₀ Р(Р + 2) где Р и (Р + 2) простые числа; последовательности Холла с периодами N₀ 4 m² + 27, где N₀ также простое число. При этом набор возможных значений N0 в совокупности достаточно велик. В частности, для N₀ 200 можно построить последовательности 28 периодов, а именно 3, 7, 11, 15, 19, 23, 31, 35, 43, 47, 59, 63, 67, 71, 79, 83, 103, 107, 127, 131, 139, 143, 151, 163, 167, 179, 191, 199. Фактически число различных последовательностей еще больше, так как одинаковые периоды могут иметь последовательности, не совпадающие по структуре и не приводимые одна к другой. Соответственно количество N элементов в каждом горизонтальном ряду обоих растров может быть 6, 14, 22, 30, 46, 62, 70, 86, 94, 118, 126, 134,142, 148,166,206, 214, 254, 262, 278, 286, 302, 326, 334, 382, 398, Такой набор вполне достаточен для практических применений растровых спектрометров. Спектрометр работает следующим образом. Излучение от исследуемого источника проходит через прозрачные элементы входного растра 1 (фиг. 3, поз. 11), попадает на коллиматорный объектив 2, который формирует параллельный пучок и посылает его на диспергирующую систему 3. Разложенное в спектр излучение попадает на фокусирующий объектив 4, который строит ряд смещенных относительно друг друга монохроматических изображений входного растра 1 на выходном растре 5 (фиг. 3, поз. 12). Выходной растр 5 перемещается возвратно-поступательно в направлении, перпендикулярном направлению дисперсии, на высоту одного ряда. Перемещение происходит в направляющих 6 с помощью штанги 7, приводимой в движение вращением эксцентрика 8, закрепленного на валу электродвигателя 9. Таким образом, в приемно-регистрирующую систему 10 поочередно поступают световые пучки, прошедшие через выходной растр 5 при двух его крайних положениях. Из всех изображений входного растра 1 в плоскости выходного растра 5 при условии, что выходной растр находится в нижнем положении, только для одного изображения, соответствующего длине волны настройки λ_o, внешние контуры изображения и растра полностью совпадут. В этом случае световой поток пропорционален числу прозрачных элементов входного растра F₁(0) ≈ N²/2, так как его структура полностью идентична соответствующей части выходного растра. При смещении выходного растра 5 вверх на один ряд (верхнее положение) световой поток проходит через него лишь частично, а именно F₂(0) ≈ N(N-2)/4. Для любой другой длины волны, отличающейся от λ_o, световые потоки, проходящие через растр 5 в двух его крайних положениях, будут в точности одинаковыми F₁ F₂ (фиг. 4). Приемно-регистрирующая система 10, настроенная на частоту осцилляции, регистрирует только переменный сигнал, соответствующий длине волны настройки λ_o (фиг, 5). Сканирование спектра, т.е. изменение длины волны настройки, производится разворотом дифракционной решетки. В предлагаемом растровом спектрометре с селективной модуляцией высота и ширина прозрачных и непрозрачных элементов растров при квадратном ограничивающем контуре практически одинаковы, в результате чего уменьшаются потери светового потока, обусловленные аберрациями оптической системы, или требования к исправлению аберраций становятся менее жесткими. Дополнительным эффектом по сравнению с прототипом является также упрощение конструкции и изготовления растров за счет уменьшения (почти втрое) количества горизонтальных рядов элементов.

Формула изобретения

Растровый спектрометр с селективной модуляцией, содержащий оптически связанные монохроматор, снабженный входным и выходным растрами, состоящими из рядов N прозрачных и непрозрачных элементов, параллельных плоскости дисперсии, и приемно-регистрирующую систему, а также систему исключения постоянной составляющей, кинематически связанную с выходным растром, отличающийся тем, что, с целью увеличения светосилы путем уменьшения потерь светового потока, обусловленных аберрациями, входной и выходной растры выполнены соответственно из N + 2 и N + 3 рядов, параллельных плоскости дисперсии, в обоих растрах первый ряд, параллельный плоскости дисперсии, составлен из N/2 расположенных подряд прозрачных и N/2 непрозрачных элементов, второй ряд, параллельный плоскости дисперсии, составлен из N непрозрачных элементов, в остальных рядах, параллельных плоскости дисперсии, прозрачные и непрозрачные элементы расположены в соответствии с положительными и отрицательными элементами периодической кодовой последовательности с двухуровневой автокорреляционной функцией периода N₀ N/2, при этом в нечетных рядах, параллельных плоскости дисперсии, прозрачные элементы соответствуют положительным элементам последовательности, а непрозрачные отрицательным элементам последовательности, а четные ряды, параллельные плоскости дисперсии, содержат группы из N/2 расположенных подряд элементов, в которых прозрачные элементы соответствуют отрицательным элементам периодической кодовой последовательности, а непрозрачные положительным элементам периодической кодовой последовательности, а остальные элементы четных рядов, параллельных плоскости дисперсии, идентичны соответствующим элементам нечетных рядов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002

Извещение опубликовано: 10.04.2002        

---