Способ определения относительной интенсивности дефекта спектрального изображения, образуемого дифракционной решеткой

 

В. В. Куинджи, С. А. Стрежнев, Т. С. Са и А. П. Совина (72) Авторы изобретения (7l) Заявятель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ

ДЕФЕКТА СПЕК1 -РАЛЬНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ, ОБРАЗУЕМОГО

ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКОЙ

Изобретение относится к технике измерения спектральных характеристик дифракционных решеток и может быть использовано для измерения интенсивности дефектов спектрального изображения,,образуемого дифракционными решетками.

Известно, что дифракционные ре" шетки, изготовленные на делительных машинах, имеют случайные ошибки деления, ведущие к искажениям волнового фронта, формирующего спектральное изображение, а следовательно,к дефектам спектрального изображения.

Деформации волнового фронта могут быть представлены в виде суммы гармонических компонентов, зависящих от амплитуды и пространственной циклической частоты следования ошибки по ширине заштрихованной поверхности решетки.

Поскольку амплитуда и частота ошибок изменяются по случайному закону, дефекты("духи") частично переналагаются и интерферируют как между собой, так.и со вторичными дифракционными максимумами, соответствующими дифракции фраунгофера на прямоугольной апертуре дифракционной решетки. В результате в окрестности спектральных линий образуется характерная линейчатая структура, интенсивность которой существенно меняется от точки к точке.

Известен способ определения интенсивности спектральных линий, сог15 ласно которому в качестве марок почернения используются вторичные дифракционные максимумы дифракционной .картины на щели fl).

Недостатком способа является го то, что он не, дает возможность разделить интенсивность дефекта и наложенного на него вторичного дифракционного максимума.

9348

3 9"

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения относительной интенсивности дефекта спектрального изображения, образуемого дифракционной решеткой, основанный на фотометрировании линейчатого спектра решеткиполученного на спектрографе.По этому способу спектр фотографируют через ступенчатый ослабитель, а затем определяют относительную интенсивность дефекта (2 ).

Недостатком этого способа являет ся низкая точность измерения дефекта спектрального изображения. Это связано с тем, что в способе также измеряется суммарная интенсивность дефекта спектрального изображения и вторично дифракционного максимума, что значительно снижает точность измерений, особеннс вблизи спектральных линий, где интенсивность вторичных максимумов может до десяти и более раз превышать интенсивность дефекта спектрального изображения, вызванного ошибками деления дяфракционной решетки.

Цель изобретения - повышение точ" ности измерений относительной интенсивности дефекта спектрального изображения, образуемого дифракционйой решеткой.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения относительной интенсивности дефекта спектрального изображения, образуемого дифракционной решеткой, основанному на фотометрировании линейчатого спектра решетки, полученного на спектрографе, перед решеткой устанавливают щелевую апертурную диафрагму, разворачивают изображение вторичных дифракционных максимумов спектральной линии относительно оси, проходящей через центр спектральной линии перпендикулярно плоскости дисперсии решетки, путем наклона апертурной диафрагмы, установленной перед решеткой, относи, тельно направления ее штрихов до раэ деления дефекта спектрального изображения от изображения вторичных дифракционных максимумов измеряют интенсивность дефекта, выделяют вторичный дифракционный максимум, рав" ный по интенсивности дефекту спектрального изображения, определяют положение этого максимума относи" тельно спектральной линии, а относительную интенсивность Ф дефекта спектрального изображения вычисляют по Формуле

i где х - расстояние между положением выделенного вторичного дифракционного максимума и спектральной линии;

А - ширина заштрихованной поверхности решетки;

1 - длина штрихов заштрихованной поверхности;

26 P — угол дифракции света от решетки; — фокус спектрографа;

А - длина волны спектральной линии; с - угол наклона апертурной диафрагмы к штрихам решетки.

Определение относительной интенсивности дефекта спектрального изображения по предлагаемому способу проЗО водят в следующей последовательности.

Исследуемую решетку, имеющую ширину заштрихованной поверхности A u длину штрихов l, устанавливают в

35 спектрографе с фокусом f под углом дифракции P =arcsin > (?),ãäå

KA. М

М - число штрихов на 1 мм, К вЂ” порядок спектра, остальные обозначения те же, что и в формуле (1). Наблюдая визуально в фокальной плоскости спектрографа спектр решетки, разворачивают изображение вторичных дифракционных максимумов относительно оси, проходящей через центр спектральной

45 линии перпендикулярно плоскости дисперсии путем наклона апертурной диафрагмы, установленной перед решеткой, относительно штрихов решетки до разделения дефекта спектрального изображения от изображения вторичного

50 дифракционного максимума. Фиксируют угол наклона о апертурной диафрагмы относительно штрихов решетки. Затем измеряют интенсивность дефекта спектрального иэображения фотометрирова55 нием спектра. Выделяют вторичный дифракционный максимум., равный по интенсивности дефекту спектрального изображения без переналожения с вторичным

9493, JtxA9

Sin

1х

У „, (3)

20

5 дифракционным максимумом, и измеряют расстояние х между положением выделенного вторичного дифракционного максимума и. спектральной линией. Относительную интенсивность дефекта спектрального изображения вычисляют по формуле (1).

Обоснуем приведенную формулу(1).

Относительная интенсивность вторичных дифракционных максимумов убывает IO по мере удаления их от центра спектральной линии в соответствии с выражением где х, Л, f - то же, что в формуле (1 >, A>- эффективная (наблюдаемая при повороте диафрагмы вместе с решеткой) кирина щелевой апертурной диафрагмы.

Пусть первоначально при угле ф0 дифракции решетки геометрическая ширина диафрагмы равна

AQ A 1 9 с, (4) где А, 1, о - то же, что в формуле(1), 30

При повороте диафрагмы вместе с решеткой на угол fbg0, меняются угол наклона боковых сторон диафрагмы к штрихам решетки с(р и эффективная ширина щелевой диафгармы А, наблюдае" мые со стороны фокальной плоскости прибора.

При этом можно записать

cLp 0L cos Q

Д А с0513 — (5)

Мпйp sind, Отсюда находим

Ф

"оsin (Ыcosp) comp ц

Лэ- ssin „„(6) Подставляя (4) и (6) в (3) находим выражение (1) для вычисления ин50 тенсивности дефектов спектрального изображения Р, Пример. Исследуемую плоскую дифракционную решетку 300 штр/мм, размером заштрихованной поверх- ности 30х30 мм (A=30 мм - ширина заштрихованной поверхности решетки, 1 = 30 мм - длина штрихов заштрихованной поверхности решетки ) устанав48 6 ливают в спектрографе с фокусом

f=5665 мм при угле дифракции p,=525 для длины волны Д =632,8 мм гелий-неонового лазера, служащего в качестве источника излучения спектрографа.

При этом в фокальной плоскости спектрографа получают спектр решетки. Затем, наблюдая визуально в Фокальной плоскости спектрографа спектр решетки, разворачивают иэображение вторичных дифракционных максимумов относительно оси, проходящей через центр спектральной линии перпендикулярно плоскости дисперсии решетки, до разделения дефекта спектрального иэображения от вторичных дифракционных максимумов путем наклона апертурной диафрагмы, установленной в спектрографе перед решеткой, относительно на правления ее штрихов и фиксируют угол

0L наклона апертурной диафрагмы, который равен 17 . После этого Фотографируют спектр решетки с разделением изображения вторичных дифракционных максимумов от дефекта спектрального изображения и измеряют фотометрированием спектра на микрофотометре ИФО-451 интенсивность дефекта спектрального изображения и находят на этом же спектре решетки вторичный дифракционный максимум, равный по интенсивности дефекту спектрального иэображения. Определяют расстояние х выбранного вторичного дифракционного максимума от спектральной линии и вычисляют относительную интенсивность дефекта спектрального изображения по формуле (1 ). Относительная интенсивность дефекта спектрального изображения равна 0,149 .

Относительная погрешность измерений не превышает g 2, что позволяет на порядок повысить точность измерений по сравнению с известным способом за счет исключения переналожения дефекта спектрального изображения и вторичного дифракционного максимума, а также за счет использования при измерении в качестве эталона интенсивности вторичного дифракционного максимума, который полностью Определяется дифракцией на щелевой апертурной диафрагме и не зависит от ошибок деления решетки.

Использование предлагаемого способа определения относительной интенсивности дефекта спектрального изображения дает возможность проведения работ по диагностике и устране949348

Формула изобретения

Составитель A. Качанов

Редактор Л.филиппова Техред M.Hàäü Корректор Н. КоРоль

Заказ 5729/24 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 11-35, Раушская наб,, д. 4/5 филиал ППП "Патент", r„ Ужгород, ул. Проектная, 4 нию технологических причин, ведущих к образованию дефектов спектрального изображения в спектре решеток исходя из реального распределения дефектов по различным зонам спектрального изображения, что позволило повысить качество дифракционных решеток, изготавливаемых на делительных машинах.

Способ определения относительной интенсивности дефекта спектрального изображения, образуемого дифракционной решеткой, основанный на фотометрировании линейчатого спектра решетки, полученного на спектрографе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, перед решеткой устанавливают щелевую .апертурную диафрагму, наклоняют ее относительно направления ее штрихов до разделения дефекта спектрального изображения от иэображения вторичных дифракционных максимумов, измеряют интенсивность дефекта, выделяют вторичный дифракционный максимум, равный по интенсивности дефекту спектрального изображения, определяют положение этого максимума относительно спектральной линии, а относительную интенсивность у дефекта спектрального изображения вычисляют по формуле где х — расстояние между положением

1О выделенного вторичного дифракционного максимума и центром спектральной линии;

А — ширина заштрихованной поверхности решетки;

1 1 - длина штрихов заштрихованной поверхности решетки; (Ь - угол дифракции света от решетки;

Е - фокусное расстояние спектро20 графа;

Я - длина волны спектральной линии;

cL — угол наклона апертурной диафрагмы к штрихам решетки.

25 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Малышев В. И. Введение в экспериментальную спектроскопию. М,, "Наука", 1979, с. 470-471. зв . 2. Строк Г. Теоретическое и экспериментальное изучение двух аспектов дифракции на оптических решетках."Revue d Optique" 39, 11 7, 1960, с. 47.