DD148254A1 - Optische anordnung fuer gekreuzte dispersion - Google Patents

Abstract

Eine optische Anordnung fuer gekreuzte Dispersion ist insbesondere fuer die Emissionsanalyse bestimmt. Sie dient der Aufzeichnung eines groszen Spektralbereiches mit hoher Aufloesung. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Spalthoehe und damit die Lichtstaerke zu vergroeszern, ohne dasz die Spektrenauswertung dadurch behindert wird. Hierzu werden beide zu jeweils einer Furche gehoerende Flanken eines Echellegitters mit parallelstrahligen Lichtbuendeln beleuchtet, die in Richtung der Furche einen kleinen Winkel miteinander einschlieszen. Ein mit dem Echellegitter ein Dach bildender ebener Reflektor lenkt eines der zunaechst von einem Spalt herkommenden Lichtbuendel um 90 Grad um, so dasz es auf die zweite Flanke trifft.

Description

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Titel; Optische Anordnung für gekreuzte Dispersion

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung für gekreuzte Dispersion mit einem Echellegitter, das zwei Plankengruppen unterschiedlicher Plankenneigung zur Erzeugung der Hauptdispersion aufweist, und einem Dispersionselement zur Erzeugung der Querdispersion. Sie kommt bei der Simultananalyse einer über mehr als zwei Oktaven reichenden Spektreninformation hoher Auflösung, insbesondere bei der Emissionsspektralanalyse im Bereich von 100 bis 1000 nm zur Anwendung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen;

Die bekannten optischen Anordnungen dieser Art verwenden meist die steilen Planken der Furchen eines Echellegitter für die Hauptdispersion.

Als Hauptdispersion soll dabei und im Folgenden .die Erzeugung vieler Spektrenanordnungen bezeichnet werden, aus denen sich der gesamte zu erfassende Spektralbereich.zusammensetzt. Für die Querdispersion, die Trennung der einzelnen Ordnungen quer zur Hauptdispersionsrichtung, wird grundsätzlich ein Dispersionselement, z.B. ein Prisma, vor dem Echellegitter benutzt, das durchgehend in dem gesamten, zu erfassenden Spektralbereich wirksam ist. Die bekannten optischen Anordnungen für gekreuzte Dispersion haben eine·sehr geringe Eintrittsspalthöhe bzw. Höhe der Spektrenordnung in der Pokalebene und damit einen zu geringen Lichtleitwert. Hingegen nimmt der Abstand der einzelnen Spektrenordnungen voneinander bei Prismenquerdispersion mit den höheren

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Spektrenordnungen erheblich ab. Man hat daher schon Prismen oder Prismen-Gitter-Koiübinationen verwendet, um zumindest in einem begrenzten Spektralbereich die Abstände der einzelnen Spektrenordnungen voneinander im wesentlichen konstant -zu halten. Diese Lösung kann jedoch noch nicht zufriedenstellen.

Außerdem ist zu beachten, daß bei nicht äquidistanten Abstand der Spektrenordnungszeilen voneinander der kleinste Abstand die maximal einstellbare Eintrittsspalthöhe und damit die. Lichtstärke der gesamten, optischen Anordnung bestimmt.

Ziel der Erfindung:

Durch die Erfindung sollen die genannten Mängel vermieden und eine optische Anordnung für gekreuzte Dispersion geschaffen werden, mit der es möglich ist, einen großen Spektralbereich bei hoher Nachweisempfindlichkeit an nachgeordneten Empfängern zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Aufgabe der Erfindung ist es, die optische Anordnung so auszubilden, daß die Spalthöhe und' damit die Lichtstärke vergrößert werden kann, ohne daß die Pokalebene in Querdispersionrichtung übermäßig ausgedehnt wird und damit an einer Seite der Pokalebene zwischen den Spektrenordnungszeilen große, für die Spektrenaufzeichnung ungenutzte Zonen liegen. Bei . der Anwendung von Plächenempfängern in der Pokalebene muß wegen deren begrenzter Größe die Targetfläche möglichst vollständig genutzt, d.h.» äquidistant mit Spektreninformationen· in Porm von nahe beieinanderliegenden Spektrenordnungszeilen belichtet werden»

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Echellegitter in zwei zueinander geneigten parallelstrahligen Lichtbündeln angeordnet ist und jedes Lichtbündel zu jeweils einer der beiden Plankengruppen im wesentlichen rechtwinklig gerichtet ist. Die Parallelstrahligkeit der

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Lichtbündel muß innerhalb der einhaltbaren Toleranzen gewährleistet sein. Die Planken sind zwischen 20° und 70° zur Gitternormalen geneigt. Dadurch kann der gesamte, für die Spektrenregistrierung benötigte Wellenlängenbereich in Teilbereiche zerlegt werden. Die optische Anordnung enthält mindestens zwei Pakalebenen. Pur die. Querdispersion in den einzelnen Pokalebenen können gleiche oder verschiedene Querdispersionselemente (Prismen, Gitter oder deren Kombinationen) verwendet werden. Da die Endwellenlängen der Teilbereiche einen geringeren Abstand voneinander aufweisen als die des gesamten Wellenlängenbereichs verringert sich entsprechend auch die Nichtlinearität im Abstand der Spektrenordnungszeilen voneinander. Wird jedoch die Höhe der Pokalebene beibehalten, so kann die Höhe des verwendeten Lichteintritts-

-j5 spaltes um etwa eine Zehnerpotenz größer sein als bei den bekannten optischen Anordnungen.

Eine im Aufbau vorteilhafte optische Anordnung ergibt sich, wenn dem Echellegitter ein ebenes Reflexionselement zugeordnet ist, beide ein Dach miteinander bilden und eine zumindest annähernd gemeinsame Hauptspiegelungsebene aufweisen. Durch die Querdispersion bedingt, sind die beiden Lichtbündel in der Purchenrichtung des Echellegiters wellenlängenabhängig unterschiedlich geneigt

Das wird dadurch erreicht, daß beispielsweise das ebsne Reflexionselement als rückflächenverspiegeltes Prisma ausgebildet ist oder daß vor dem Echellegitter und dem ebenen Reflexionselement Prismen oder Gitter in geeigneter Weise angeordnet sind oder daß an Stelle von Kollimatorspiegeln Konkavgitter die Lichtbündel auf das Echellegitter richten.

Durch die Erfindung ist es möglich, den gesamten zu erfassenden Spektralbereich in mindestens zwei sich hinsichtlich der Wellenlänge aneinanderanschließende Teilbereiche zu zerlegen, in denen die,Nichtlinearität des Abstandes der Spektralordnungen voneinander erheblich reduziert ist.

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Au sfuhrungsbeispiele;.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

. 1 eine erfindungsgemäße optische Anordnung und

Pig. 2 ein optisches System mit einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung in perspektivischer Darstellung. .

In Fig. 1 sind ein Echellegitter 1 mit Furchen 2 und Flanken 3; 4 und ein im wesentlichen parallel zur Gitternormalen Ή angeordneter Planspiegel 5 dargestellt. Beide .bilden ein rechtwinklig zur Zeichenebene gerichtetes Dach miteinander und haben eine im wesentlichen parallel zur Zeichenebene angeordnete Hauptspiegelungsebene. Da die Normalen auf-den Gitterflanken 3;4 untereinander zumindest angenähert einen Winkel von 90° einschließen und der Planspiegel 5 unter zum Echellegitter 1 geneigt ist, gelangt ein parallelstrahliges Lichtbündel 6 nach Passieren eines Dispersionselements für die Querdispersion direkt auf die Flanken 3 und ein paral-. lelstrahliges Lichtbündel 8 nach Passieren eines Dispersionselements 9 für die Querdispersion auf die Flanken 4. An den Flanken 3 und 4 erfolgt die Beugung des Lichtes.

In Fig. 2 geht von einem Spall 11 (Eintrittsapertur) ein Lichtbündel 12;18 mit gleichen Wellenlängen aus. Der Spalt befindet sich in der objektseitigen Brennebene z-weier Kollimatoren 13; 14, die die empfangenen Lichtstrahlenbündel 12;18 parallelstrahlig reflektieren. Der Kollimator 13 ist als Hohlspiegel ausgebildet, der Kollimator 14 ein abbildendes Gitter. Dem Kollimator 13 ist ein Echellegitter 15 mit einem" DispeoKLonsprisma 16 nachgeordnet. Dem Kollimator 14 ist ein Planspiegel 17 nachgeordnet. Das vom Kollimator 13 reflektierte parallelstrahlige Lichtbündel 12 gelangt durch das die.Querdispersiori bewirkende Dispersionsprisma 16 auf das Echellegitter 15. Der Kollimator 14 bewirkt die Querdispersion des von ihm reflektierten parallelstrahligen Lichtbündels und reflektiert es über den Planspiegel I7 zu dem die Haupt-

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dispersion bewirkenden Echellegitter 15. Das letztmalig am Echellegitter 15 reflektierte Lichtbündel 12 gelangt nochmals durch das Dispersionsprisma 16, über einen Kameraspiegel 19 zu einer Fokalebene 20 und bildet auf ihr in mehreren Ordnungen 21 einen Teil des zu analysierenden Spektralbereiches ab. In ähnlicher Weise wird das letztmalig am Planspiegel 17 reflektierte Lichtbündel 18 in einer Poaklebene 22 in mehreren Ordnungen 23 übereinander abgebildet. Dabei ist die Abstandsdifferenz der am dichtesten beieinander liegenden Ordnungen in beiden Pokalebenen nahezu gleich.

Die Erfindung ist nicht an die Zahl der Kollimatoren und Pokalebenen der Pig. 2 gebunden. Darüber hinaus können die die Querdispersion bewirkenden Mittel entweder den Kollimatoren 13; 14 oder der aus Echellegitter 15 und Planspiegel 17 gebildeten Anordnung zugeordnet sein. Der Kameraspiegel 19 kann auch aus zwei Teilen bestehen.

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Claims (5)

1. .Erfindungsanspruch:

   1. Optische Anordnung für gekreuzte Dispersion mit einem Echellegitter, das zwei Flankengruppen.unterschiedlicher Plankenneigung zur Erzeugung der Hauptdispersion aufweist, und mit mindestens einem Dispersionselement zur Erzeugung der Querdispersion für jede Plankengruppe, gekennzeichnet dadurch, daß das Echellegitter in zwei zueinander geneigten parallelstrahligen Lichtbundein angeordnet ist und Jedes Lichtbündel zu jeweils einer der beiden Plankengruppen im wesentlichen rechtwinklig gerichtet ist.
2. 2. Optische Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß dem Echellegitter ein ebenes Reflexionselement zugeordnet ist, beide ein Dach untereinander bilden und zumindest annähernd eine gemeinsame Hauptspiegelungsebene miteinander haben.
3. 3. Optische Anordnung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden Lichtbündel in der Purchenrichtung des Echellegitters wellenlangenabhahgig unterschiedlich geneigt sind.
4. 4. Optische Anordnung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß das ebene Reflexionselement ein rückflächenverspiegeltes Prisma oder ein ebenes Reflexionsgitter ist.
5. 17. 12. 1979
   GB/Kl

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