DE1923005B2 - Gittermonochromator - Google Patents

Description

1 ^l 2

Die Erfindung betrifft einen Gittermonochromator Ein weiterer Nachteil der bekannten Monochromit einem Eintrittsspalt, einem Dispersionsgitter, das matoren besteht darin, daß sich das Verhältnis von durch seine optische Wirkung die Bündelbreite in der Breite zu Höhe der Spalte bei gegebener Auflösung Dispersionsebene verändert, und einem Austritts- nicht verändern läßt, so daß also auf gewisse Fordespalt, wobei die Spalte eine größere Breite als die 5 rungen, die an den vorgeschalteten oder an den nach- »förderliche Spaltbreite« besitzen. geschalteten optischen Strahlengang gestellt werden

Bei einem solchen Monochromator ist es wünschens- können, keine Rücksicht genommen werden kann,

wert, bei gegebener spektraler Auflösung den Strah- Es ist an sich bekannt, die Spaltbreite eines Mono-

lungsfluß möglichst groß zu machen. Sind mit Aus- chromators zu nähme der Spalte alle optischen Elemente des Mono- io

chromators vorgegeben, dann ist bei einer ebenfalls fr _ _ . χ

vorgegebenen spektralen Auflösung der Strahlungsfluß a maximal, wenn der Austrittsspalt die gleiche Breite hat

wie das monochromatische Bild des Eintrittsspaltes in der »förderlichen Spaltbreite« zu wählen. Das ist die der Ebene des Austrittsspaltes. i₃ Spaltbreite, deren Unterschreiten wegen der Beugungs-Es ist weiterhin wünschenswert, das Verhältnis von erscheinungen am Abbildungssystem keine weitere Spaltbreite zu Spalthöhe den Gegebenheiten der Verbesserung der Auflösung, sondern nur noch einen übrigen Optik möglichst gut anzupassen. Beispielsweise Energieverlust bringt. Mit solchen, durch die Wellenist es bei Verwendung eines Golay-Empfängers, der länge bestimmten Spaltbreiten wird bei kommerziellen eine runde Empfängerfläche besitzt, vorteilhaft, das 20 Monochromatoren schon aus Energiegründen nicht Verhältnis von Breite zu Höhe möglichst nahe an 1 gearbeitet. Die Erfindung geht ebenfalls von einer zu bringen. Bei einem Thermoelement, dessen Emp- scharfen Abbildung und Spaltbreiten aus, bei denen das fängerfläche verhältnismäßig schmal und lang sein Spaltbild nicht etwa nur durch Beugungserscheinungen kann, kann es demgegenüber wünschenswert sein, das bestimmt ist. Auch ist Gegenstand der Erfindung nicht Verhältnis von Breite und Höhe des Austrittsspaltes 25 ein Absolutwert einer Spaltbreite, sondern ein bemöglichst klein zu wählen. Mit Rücksicht auf den stimmtes Verhältnis von Eintritts- und Austrittsspalt-Strahlengang im Küvettenraum kann es wünschens- breite.

wert sein, das Verhältnis von Breite zu Höhe des Ein- Es ist weiterhin bekannt, daß bei der »Abbildung trittsspaltes möglichst nahe an 1 zu bringen. Das durch ebene Flächen«, wie sie bei einem Prismengleiche ist der Fall, wenn man eine runde Strahlungs- 30 spektralapparat am Prisma erfolgt, eine scheinbare quelle, z. B. die Hohlkathode einer Hohlkathoden- Vergrößerung der Spaltbilder im Verhältnis der lampe in einem Atom-Absorptions-Spektrometer, auf Kosinus der Einfalls- und Brechungswinkel stattfindet den Eintrittsspalt abbildet. Andererseits können die (C zap ski und Eppenstein, »Grundzüge der Abmessungen der Flamme in einem Atom-Absorptions- - Theorie der optischen Instrumente«, 3. Auflage, 1924, Spektrometer ein möglichst kleines Verhältnis von 35 S. 342 ff.). Es wird in dieser Literaturstelle ausschließ-Breite und Höhe des Eintrittsspaltes als wünschens- lieh von den Verhältnissen an brechenden Flächen auswert erscheinen lassen. Ganz allgemein kann es also gegangen, jedoch keine Lehre vermittelt, welche sich je nach den Forderungen an den Strahlengang außer- ohne weiteres auf Gittermonochromatoren überhalb des Monochromators wünschenswert sein, das tragen ließe. Es wird außerdem nur eine Aussage geVerhältnis von Breite zu Höhe eines der beiden Spalte 40 macht, wie das Bild eines Eintrittsspaltes abgebildet in einer gewünschten Richtung zu beeinflussen, ohne wird, jedoch keine Bauvorschrift hinsichtlich des Verdadurch andere Größen, wie z. B. die Auflösung, zu hältnisses von Eintrittsspaltbreite und Austrittsspaltverändern. . breite gegeben.

Es sind Monochromatoren bekannt, welche die Ferner ist durch eine Veröffentlichung (Staudenerste der obigen Bedingungen erfüllen, beispielsweise 45 m a i e r, H ο ρ k i η s, J. Opt. Soc. Am., 49, S. 1132 Prismenmonochromatoren, bei denen das Prisma im [1959]) im Zusammenhang mit dem optischen Aufbau Minimum der Ablenkung, also mit symmetrischem eines Spektrographen mit Zeitauflösung bekannt, daß Durchgang, benutzt wird, oder Monochromatoren, das monochromatische Bild einer kleinen, kreisbei denen Eintritts- und Austrittsspalt übereinander förmigen Öffnung eine Ellipse ist, deren Exzentrizität angeordnet sind. Bei solchen Monochromatoren wird 50 gleich dem Verhältnis der Bündelbreiten des gebeugten im allgemeinen der Eintrittsspalt mit monochroma- und des einfallenden Lichtes außerhalb der Gittertischem Licht im Verhältnis 1:1 in der Ebene des Aus- brennweite ist. Solche unterschiedlichen Bündeltrittsspaltes abgebildet, und beide Spalte haben die breiten, die eine entsprechende Änderung der Spaltgleiche Breite. breiten erfordern würden, können nach dieser Druck-Es sind aber auch Monochromatoren bekannt, 55 schrift durch ein anamorphotisches Prismensystem in welche die obigen Bedingungen nicht erfüllen. Solche Zusammenwirkung mit einer einzigen asphärischen Monochromatoren können gegenüber den eben ge- Linse im Kollimator korrigiert werden, nannten Monochromatoren durchaus Vorteile auf- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei weisen, wie das z. B. bei einem Gittermonochromator einem Gittermonochromator mit einem Eintrittsspalt, nach Czerny-— Turner der Fall ist, der eine 60 einem Dispersionsgitter, das durch seine optische Wirschärfere Abbildung des Eintrittsspaltes in der Ebene kung die Bündelbreite in der Dispersionsebene verdes Austrittsspaltes erzeugt. Bei solchen Mono- ändert, und einem Austrittsspalt, wobei die Spalte chromatoren sind im allgemeinen die beiden Brenn- eine größere Breite als die »förderliche Spaltbreite« weiten gleich groß und die beiden Spalte gleich breit. besitzen, das Verhältnis von Auflösung zu Strahlungs-Das Bild des Eintrittsspaltes in der Ebene des Aus- 65 fluß zu verbessern.

trittsspaltes ist jedoch breiter oder schmaler als der Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß

Austrittsspalt, so daß kein optimales Verhältnis von für mindestens eine Wellenlänge im Arbeitsbereich des

Auflösung zu Strahlungsfluß erzielt wird. Gittermonochromators die Bedingung

b\ B₁ a₂
Zj₂ B₂ Ci₁
erfüllt ist, wobei

O₁ die Breite des Eintrittsspaltes,
b₂ die Breite des Austrittsspaltes,
B₁ die Bündelbreite in der Dispersionsebene vor dem Gitter,

B₂ die Breite des monochromatischen Bündels der vom Austrittsspalt erfaßten Wellenlänge optisch hinter dem Gitter,

Ci₁ die effektive Gegenstandsweite und
a₂ die effektive Bildweite bei der monochromatischen Abbildung des Eintrittsspaltes auf die Ebene des Austrittsspaltes
ist.

Beispielsweise ist bei einem Czerny-Turner-Monochromator a_x die Brennweite des Kollimatorelements und O₂ die Brennweite des Abbildungselementes, oder bei einem Monochromator bei einem Konkavgitter ohne sonstige abbildende Elemente ist CL₁ der Abstand des Eintrittsspaltes vom Konkavgitter und a₂ der Abstand des Austrittsspaltes vom Konkavgitter.

Bei Einhaltung der angegebenen Bedingung ergibt sich ein optimales Verhältnis von Auflösung zu Strahlungsfluß auch bei unterschiedlichen Breiten von Eintritts- und Austrittsspalt und unterschiedlichen Bündelbreiten vor und hinter dem Gitter, wie nachstehend noch im einzelnen nachgewiesen werden wird. Die Möglichkeit, bei unterschiedlichen Spaltbreiten und Bündelbreiten eintritts- und austrittsseitig ein optimales Verhältnis von Auflösung zu Strahlungsfluß zu erhalten, gestattet es weiterhin, das Verhältnis von Breite zu ' Höhe des Eintritts- und Austrittsspaltes in einer gewünschten Richtung zu beeinflussen, und zwar dadurch, daß man die größere oder die kleinere Bündelbreite demjenigen Spalt zuordnet, der, in der obigen Reihenfolge, ein möglichst kleines oder ein möglichst großes Verhältnis von Breite zu Höhe aufweisen soll. Man kann bekanntlich bei jedem Monochromator Eintritts- und Austrittsspalt in ihrer Wirkung vertauschen. Vorteilhafterweise sind die Spaltbreiten synchronisiert mit der Wellenlängenabtastung derart steuerbar, daß die Bedingung

Fig. 6 eine mechanische Steuerung des Abgriffs eines weiteren Potentiometers, das zur Steuerung der Spaltbreiten dient, und

F i g. 7 einen Stromlaufplan einer Spaltbreiten-Steuerung.

Fig. 1 zeigt einen Monochromator mit einem Eintrittsspalt 1, einem Kollimatorelement 2, einem dispergierenden Element 3, einem abbildenden Element 4 und einem Austrittsspalt 5. Das Kollimatorelement 2 und das abbildende Element 4 sind in F i g. 1 als Linsen gezeichnet. Es können jedoch ebensogut andere, optisch ähnlich wirkende Elemente verwendet werden, beispielsweise Hohlspiegel. Das dispergierende Element3 ist in Fig. 1 nur als Block dargestellt. Es kann sich um ein Transmissionsgitter oder ein Reflexionsgitter handeln. Bei Verwendung eines Konkavgitters können die drei Elemente 2, 3 und 4 zusammenfallen und das Konkavgitter bilden.
Man betrachtet den Verlauf monochromatischen

ao Lichts im Monochromator. Der Eintrittsspalt 1 hat die Breite b_x. Sein Abstand von der Linse 2 beträgt O₁. U₁ ist zugleich die Brennweite der Linse 2. Hinter der Linse entsteht also ein Parallelbündel. Das von der Mittellinie des Eintrittsspaltes 1 ausgehende monochromatische, divergente Strahlenbündel wird durch die Linse 2 in ein Parallelbündel einer bestimmten Richtung verwandelt. Die von den beiden Rändern des Eintrittsspaltes 1 ausgehenden Strahlen schließen hinter der Linse 2 mit den eben genannten Parallelstrahlen einen Winkel Oc₁ ein. Das dispergierende Element 3 sei zugleich Aperturblende. Auf das dispergierende Element 3 trifft also ein Bündel der Breite B₁ mit dem Öffnungswinkel Oc₁. Hinter dem dispergierenden Element 3 entsteht ein Bündel der Breite B₂ mit dem Öffnungswinkel Oc₁. Ein allgemeines optisches Gesetz (die Sinusbedingung) fordert, daß bei einer scharfen Abbildung gelten muß

B₁ sin OC₁ = B₂ sin oc₂.

40 Da die Breiten b der Spalte klein sind gegen die Abstände a, sind die Winkel sehr klein, so daß man den Sinus durch den Winkel selbst ersetzen kann.

⁴⁵ B₁ Oi₁ = B₂ OC₂.

bx B₂ Ci₁

im wesentlichen für alle Wellenlängen des Arbeitsbereiches erfüllbar ist.

Man kann außerdem die Spalte so steuern, daß die vorstehende Bedingung bei mindestens einer Wellenlänge für alle Spaltbreiten erfüllt ist.

An Hand der Zeichnungen werden die der Erfindung zugrunde liegenden physikalischen Zusammenhänge erklärt und einige Anwendungsbeispiele erläutert: Es zeigt

F i g. 1 den Strahlengang in einem Monochromator mit einem dispergierenden Element zur Erläuterung der physikalischen Grundlagen der Erfindung,

F i g. 2 den Strahlengang in der Umgebung des dispergierenden Elements,

F i g. 3 einen Gittermonochromator nach C ζ e rny — Turner in erfindungsgemäßer Abwandlung,

F i g. 4 ein Gitter mit einem einfallenden und einem gebeugten Strahl,

Fig. 5 eine mechanische Steuerung der Schleifer zweier Potentiometer, die zur Steuerung der Spaltbreiten dienen,

Nun gilt für die Breite B₁ des Eintrittsspaltes

A₁ = Ia₁ Oc₁ (3)

und für die Breite b₂ des Bildes des Eintrittsspaltes in der Ebene des Austrittsspaltes

b₂ = Ia₂ OC₂.

Die drei Gleichungen (2), (3) und (4) führen zu der Gleichung

B₂

Das beste Verhältnis Auflösung zu Strahlungsfluß erhält man, wenn man den Austrittsspalt genauso breit macht wie das Bild des Eintrittsspaltes, d. h., wenn man dem Austrittsspalt die Breite b₂

b« =

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nach Gleichung (4) gibt. Die Bedingung für das beste die Gleichung (11) auch bei Spaltbreitenänderung für Verhältnis Auflösung zu Strählungsfluß ist also, wenn die ausgewählte Wellenlänge erhalten. Bei anderen b₂ die Breite des Ausstrittsspaltes bedeutet und wenn Wellenlängen wird das optimale Verhältnis Auflösung der Strahlungsfluß durch b_x und Oc₁ gegeben ist: zu Strahlungsfluß nicht erreicht. Die Abweichungen

5 sind jedoch im Mittel kleiner als bei einem symme-

b₂ _ B₁ a₂ ~,x irischen Czerny-Turner-Monochromator (a₂ ^ O₁) mit

b_x B₂ Cf₁ ' gleichen Spaltbreiten (b₂ = b_x). Auch bei einem

asymmetrischen Czerny-Turner-Monochromator nach

Der Einfluß des Faktors B₁JB₂ wird bei den bekann- F i g. 3 bleiben die beiden Spalte stets gleich breit, ten Monochromatoren nicht berücksichtigt, wenn io wenn man die äußere Spaltbacke des Eintrittsspaltes 1 nicht zufällig B₁ = B₂ ist, womit die Erklärung für und die innere Spaltbacke des Austrittsspaltes S durch die obenerwähnten Nachteile der bekannten Mono- ein Verbindungsglied 7 und die innere Spaltbacke des chromatoren mit B₁ B₂ gegeben ist. Eintrittsspaltes 1 und die äußere Spaltbacke des

F i g. 2 zeigt noch einmal das dispergierende Äustrittsspaltes 5 durch ein anderes Verbindungs-Element 3 und die Strahlenbündel in unmittelbarer 15 glied 6 starr miteinander verbindet. Zur Spaltbreiten-Umgebung. Der Einfachheit halber sind die Bündel als änderung werden dann diese beiden Verbindungsideal parallele Bündel gezeichnet. Das auftreffende glieder 6 und 7 in an sich bekannter Weise symmetrisch Bündel hat die Breite B₁. Das austretende Bündel gegeneinander verschoben.

einer bestimmten Wellenlänge hat die Breite B₂. Eine Die Spaltbreiten lassen sich so steuern, daß die

andere Wellenlänge liefert ein austretendes Bündel 20 Gleichung (7) für alle Wellenlängen erfüllt wird. Das einer etwas anderen Richtung. soll an Hand eines Gittermonochromators für den

Infolge der anderen Richtung hat dieses Bündel Spezialfall U₁ = % gezeigt werden. Unter dieser Vorauch eine andere Breite Β_Ά. Das Verhältnis b₂ zu b_x aussetzung gilt ändert sich also infolge der Dispersion mit der Wellenlänge, wobei b₂' die Breite des Bildes des Eintritts- 25 h ₌ B_{1 =} G cos φ ^ cosy „ Spaltes hat. Man muß also, um ein günstiges Ver- b_x B₂ G cos ψ cos w' hältnis Auflösung zu Strahlungsfluß zu erhalten,

entweder die Spaltbreiten b₂ und b_x in ein solches Fig. 4 zeigt das Gitter 3, einen einfallenden

festes Verhältnis setzen, daß die Gleichung (7) bei Strahl 8 und einen gebeugten Strahl 9 derjenigen einer mittleren Wellenlänge erfüllt ist, oder man muß 30 Wellenlänge, die von dem Austrittsspalt ausgesondert die Spaltbreiten wellenlängenabhängig so steuern, wird,
daß die Gleichung (7) bei allen Wellenlängen erfüllt ist. Der einfallende Strahl bildet mit der Gitternormalen

Fig. 3 zeigt einen Gittermonoehromator nach den Einfallswinkel sr, der gebeugte Strahl bildet mit Czerny — Turner, der jedoch erfindungsgemäß der Gitternormalen den Ausfallswinkel ψ. Einfallender mit unterschiedlichen Brennweiten der beiden Hohl- 35 und gebeugter Strahl schließen den konstanten spiegel ausgelegt ist. Bei einer bestimmten mittleren Winkel β ein. Eine Wellenlängenänderung der den Wellenlänge hat das Gitter 3 die eingezeichnete Austrittsspalt verlassenden Strahlung wird durch Stellung. Das vom Hohlspiegel 2 herkommende Bündel Drehung des Gitters erreicht. Dabei bleibt stets die fällt mit der Breite B₁ unter dem Einfallswinkel φ auf Beziehung

das Gitter 3. Die vom Gitter 3 gebeugte mono- 40 w—w—ß = const (13)

chromatische Strahlung derjenigen Wellenlänge, die f V r \ }

vom Austrittsspalt S ausgesondert wird, verläßt das erhalten, d. h., bei einer Gitterdrehung (Wellenlängen-Gitter unter dem Einfallswinkel ψ in einem Bündel änderung) ändern sich φ und ψ stets im gleichen Sinne der Breite B₂. Die Brennweiten Ci₁ und a₂ der Hohl- und um den gleichen Betrag. Diese Beziehung kann spiegel 2 und 4 sind so gewählt, daß die Breite b₂ des 45 man zu einer einfachen Spaltsteuerung ausnutzen, z. B. Austrittsspaltes gleich der Breite b_x des Eintrittsspaltes in der in F i g. 5 dargestellten Weise. wird, so daß also nach Gleichung (7) gilt In F i g. 5 ist eine gedachte Linie 11-11 gezeichnet.

Auf dieser Linie liegt der Drehpunkt 24 der beiden ^a2 __ B₂ ,„. starr miteinander verbundenen Hebel 12 und 13. Der

0₁ B₁ 5° Hebel 12 schließt mit der gedachten Linie 11-11 den

Winkel φ ein, der Hebel 13 den Winkel ψ. Wird

Ist G die wirksame Breite des Gitters, dann gilt für der Doppelhebel gedreht, dann ändern sich φ und ψ die Bündelbreiten im gleichen Sinne und um den gleichen Betrag, wie es

der Beziehung (13) entspricht. Der Drehpunkt des

B₁ = G cos φ, (9) 55 Doppelhebels liegt in der Drehachse des nicht einge-

ß _ Q _{cos w} mq\ zeichneten Gitters. Gitter und Doppelhebel sind starr

² Ψ' V-·) miteinander verbunden. Der Doppelhebel ist relativ ^{a so} zum Gitter so einjustiert, daß die Winkel φ und ψ

O₂^ _ cosy) ^ _mj_t ^₆₁₁₁ j_ewejiig_en Einfallswinkel und Ausfallswinkel

CL_x cos ψ 6o am Gitter übereinstimmen. Der Hebel 12 trägt an

seinem Ende einen Stift 14, der Hebel 13 einen Stift 15.

Die beiden Spalte sind gleich breit und liegen in Der Stift 14 gleitet in dem senkrecht zur Linie 11-11 einer Ebene, wie das bei einem Czerny-Turner- verlaufenden Schlitz eines Armes 16, der mit einem Monochromator der üblichen Ausführungsart auch Schleifer 18 starr verbunden ist. Dieser Schleifer 18 der Fall ist. Werden die Änderungen der Spaltbreiten 65 gleitet auf einem parallel zur Linie 11-11 ausgerichteten so durchgeführt, daß die Gleicheit der beiden Spalt- Potentiometer 20, dessen eines Ende 22 auf der Höhe breiten stets erhalten bleibt, wie das bei bekannten des Drehpunktes 24 des Doppelhebels 12, 13 liegt Monochromatoren ebenfalls der Fall ist, dann bleibt (die Verbindungslinie 22-24 steht senkrecht auf

der Linie 11-11). Der Stift 15 gleitet in dem senkrecht zur Linie 11-11 ausgerichteten Schlitz eines Armes 17, der starr mit dem Schleifer 19 verbunden ist. Dieser Schleifer 19 gleitet auf einem Potentiometer 21, das parallel zur Linie 11-11 ausgerichtet ist. Das eine Ende 23 des Potentiometers 21 liegt auf der Höhe des Drehpunktes 24 des Doppelhebels 12, 13, d. h., die Verbindungslinie 23τ24 steht senkrecht auf der Linie 11-11.

Am Potentiometer 20 entsteht zwischen dem einen Ende 22 und dem Schleifer 18 eine Spannungsdifferenz CZ₄, die cos ψ proportional ist. In entsprechender Weise entsteht am Potentiometer 21 zwischen dem einen Ende 23 und dem Schleifer 19 eine Spannungsdifferenz CZ₄, die cos ψ proportional ist. Benutzt man die Spannungen CZ₄ und U₅ direkt zur Steuerung der Spalte, dann werden die Gleichungen (7) bzw. (12) erfüllt. ■

Es tritt jedoch noch ,eine unerwünschte Nebenwirkung auf: Die beiden Spalte verengen oder verbreitern sich gleichsinnig in unerwünschter Weise, und zwar derart, daß sich beide Spalte mit zunehmender Wellenlänge verengen. Diese unerwünschten Spaländerungen lassen sich eliminieren, wenn man die Potentiometer 20 und 21 mit einer Spannung CZ₃ speist, die den Cosinus eines Winkelsy umgekehrt proportional ist, der seiner Größe nach zwischen φ und ψ liegt und sich mit diesen Winkeln gleichsinnig und um gleiche Beträge ändert, beispielsweise mity = (φ + ψ)/2. Diese Spannung CZ₃ läßt sich in der in F i g. 6 dargestellten Weise erzeugen. ■.

In F i g. 6 ist ein Hebel 25 im Punkt 24 drehbar gelagert. Er dreht sich mit dem Gitter um gleiche Winkelbeträge.

. Ein Potentiometer 26, dessen eines Ende 27 mit dem Drehpunkt, zusammenfällt, schließt mit dem Hebel 25 den Winkel γ ein. Da der Schleifer 28, wie später ersichtlich wird, niemals in die Nähe des Endes 27 gelangt, kann an diesem Ende ein gewisser Teil des Potentiometers abgetrennt und z.B. durch einen räumlich anders gelagerten Vorwiderstand ersetzt werden, wenn das aus räumlichen Gründen wünschenswert ist. Am Ende des Hebels 25 ist ein Arm starr befestigt, der einen Schlitz 29 trägt, welcher senkrecht zum Hebelarm 25 verläuft. In diesem Schlitz gleitet ein Führungsstift 30 des Schleifers 28. Die Spannung U₃ zwischen dem Schleifer 28 und dem Ende 27 ist dann proportional l/cos γ.

F i g. 7 zeigt das elektrische Schema. Das Potentiometer 31 wird mit der Spannung U₀ gespeist. Mittels des Schleifers 32 wird die gewünschte Spaltbreite oder das gewünschte Spaltbreitenniveau eingestellt. , Es entsteht eine Spannung U₁, mit der eine Widerstandskette 33 gespeist wird. Mit Hilfe dieser Widerstandskette wird an einem Potentiometer 34 der gewünschte Spannungsverlauf erzeugt, der z. B. so eingestellt ist, daß die Spalte bei allen Wellenlängen annähernd den gleichen Strahlungsfluß erzeugen. Der Schleifer 35 dieses Potentiometers 34 wird wellenlängenabhängig verschoben. Es entsteht eine wellenlängenabhängige Spannung U₂, mit der das Potentiometer 26 gespeist wird. Dieses Potentiometer ist mit dem Potentiometer 26 in F i g. 6 identisch. Es trägt den Schleifer 28. So entsteht die Spannung U₃, die l/cos γ proportional ist. Mit dieser Spannung U₃ wird das Potentiometer 20 gespeist, das den Schleifer 18 trägt. Dieses Potentiometer 20 ist mit dem Potentiometer in F i g. 5 identisch. Mittels des Schleifers 18 wird eine Spannung CZ₄ abgegriffen, die cos φ/cos γ proportional ist. Gleichzeitig speist die Spannung CZ₃ das Potentiometer 21, das mit dem entsprechenden Potentiometer in F i g. 5 identisch ist.

Mittels seines Schleifers 19 wird eine Spannung U₅ abgegriffen, die cos π/cos γ proportional ist. Die Spannungen CZ₄ und CZ₅ werden direkt zur Steuerung der Spaltbreiten verwendet, z. B. jeweils mittels Folgepotentiometer und Servomotor.

ίο Das Potentiometer 26 kann entfallen, wenn man die Funktion l/cos γ oder eine ähnliche Funktion im Spannungsverlauf des Potentiometers 34 mit berücksichtigt.
Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, daß auch bei Monochromatoren, deren dispergierendes Element die Bündelbreite verändert, ein günstigeres Verhältnis von Auflösung zu Strahlungsfluß erreicht wird, als das bei den bekannten Monochromatoren dieser Art der Fall ist. Dabei wird mindestens bei einer Wellenlänge ein optimales Verhältnis von Auflösung zu Strahlungsfluß erreicht. Die Erfindung gestattet es darüber hinaus, den Monochromator so zu konstruieren, daß bei allen Wellenlängen ein optimales Verhältnis von Auflösung zu Strahlungsnuß erreicht wird. Weiterhin ist es möglich, die erzielten Vorteile auch bei Spaltbreitenänderungen zu erhalten. Schließlich besteht ein Vorteil der Erfindung darin, daß mindestens einer der beiden Spalte in seiner Auswirkung auf den übrigen Strahlengang bezüglich seines Verhältnisses von Breite zu Höhe beeinflußt werden kann, ohne die übrigen Parameter des Monochromators zu verändern.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Gittermonochromator mit einem Eintrittsspalt, einem Dispersionsgitter, das durch seine optische Wirkung die Bündelbreite in der Dispersionsebene verändert, und einem Austrittsspalt, wobei die Spalte eine größere Breite als die »förderliche Spaltbreite« besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens eine Wellenlänge im Arbeitsbereich des Gittermonochromators die Bedingung

b₂ _ B₁ a₂ h B₂ O₁

erfüllt ist, wobei _; ,

Z)₁ die Breite des Eintrittsspaltes,

Z>2 die Breite des Austrittsspaltes,

B₁ die Bündelbreite in der Dispersionsebene vor dem Gitter,

B₂ die Breite des monochromatischen Bündels der vom Austrittsspalt erfaßten Wellenlänge optisch hinter dem Gitter,

a_x die effektive Gegenstandsweite und

a₂ die effektive Bildweite bei der monochromatischen Abbildung des Eintrittsspaltes auf die Ebene des Austrittsspaltes

ist.

2. Monochromator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltbreiten synchronisiert mit der Wellenlängenabtastung derart steuerbar sind, daß die Bedingung

b₂ B₁ a₂

Z)₁ B₂ U₁

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im wesentlichen für alle Wellenlängen des Arbeitsbereiches erfüllt ist.

3. Monochromator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dispergierende Element ein zur Wellenlängenabtastung schwenkbares Gitter (3) ist, daß durch je einen Hohlspiegel (2 bzw. 4) ein von dem Eintrittsspalt (1) ausgehendes Lichtbündel parallelgerichtet unter einem Einfallswinkel ψ auf das Gitter (3) geleitet und ein unter einem Winkel ψ zur Gitternormalen gebeugtes monochromatisches paralleles Lichtbündel auf dem Austrittsspalt (5) gesammelt wird und daß für eine Wellenlänge des Arbeitsbereiches

a₂ cos ψ j₅

Cl₁

COS φ

4. Monochromator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dispergierende Element ein zur Wellenlängenabtastung schwenkbares Gitter (3) ist, daß durch je ein optisches Glied der Brennweite α_α = a₂ ein von dem Eintrittsspalt (1) ausgehendes Lichtbündel parallel gerichtet unter einem Einfallswinkel φ auf das Gitter (3) geleitet und ein unter einem Winkel ψ zur Gitternormalen gebeugtes monochromatisches paralleles Lichtbündel auf den Austrittsspalt (5) gesammelt wird und daß die Spaltbreiten von Eintritts- und Austrittsspalt bei der Wellenlängenabtastung proportional zu cos φ bzw. cos ψ veränderbar sind.

5. Monochromator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltbreiten von Eintrittsund Austrittsspalt durch eine zusätzliche Steuerung (26...) gemeinsam proportional zu cosy mit φ <γ <ψ oder ψ < γ < φ, beispielsweise proportional zu

cos

Ψ + Ψ

40

veränderbar sind.

6. Monochromator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Spalt (1, S) nach Maßgäbe der an je einem Geberpotentiometer (20,21) abgegriffenen Spannung (CZ₄, U₅) verstellbar ist, daß das eine Geberpotentiometer (20) bei Verschwenken des Gitters (3) proportional zu cos φ und das andere proportional zu cos ψ verstellbar ist und daß beide Geberpotentiometer (20, 21) von einer Spannung (U₃) gespeist werden, die an einem proportional zu

cos

φ + ψ

verstellbaren Potentiometer (26) abgegriffen wird.

7. Monochromator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Gitter (3) ein Winkelhebel verschwenkbar ist, dessen Schenkel (12,13) mit einer durch den Schwenkpunkt (24) gehenden Linie (11-11) die Winkel φ bzw. ψ einschließen, daß gestreckte lineare Potentiometer (20, 21) räumlich parallel zu der besagten Linie (11-11) als Geberpotentiometer angeordnet sind und daß mit den Schleifern (18,19) der Potentiometer (20, 21) Kulissenführungen (16 bzw. 17) senkrecht zu der besagten Linie (11-11) verbunden sind, in die Zapfen (14,15) an den Enden der Winkelhebelschenkel (12,13) eingreifen.

8. Monochromator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Gitter (3) ein als rechtwinkliges Winkelstück ausgebildeter Hebel (25) verschwenkbar ist, dessen einer Schenkel, an dessen Ende der Hebel schwenkbar gelagert ist, mit einem gestreckten linearen Potentiometer (26) jeweils einen Winkel

einschließt und dessen anderer Schenkel eine geradlinie Kulissenführung (29) aufweist, in welche ein mit dem Schleifer (28) des Potentiometers (26) verbundener Zapfen (30) eingreift, und daß die am Schleifer (28) dieses Potentiometers (26) abgegriffene Spannung (CT₃) die nach Maßgabe von cos φ und cos ψ verstellbaren Geberpotentiometer (20,21) speist.

9. Monochromator nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur wellenlängenabhängigen Spaltprogrammsteuerung ein weiteres mit Anzapfungen versehenes Potentiometer (34) vorgesehen ist, dessen Abgriff (35) nach Maßgabe der Wellenlängenabtastung verstellbar und mit dem

- - Potentiometer (26)

l/cos

verbunden ist und dessen Anzapfungen mittels einer Widerstandskette (33) Potentiale zur Darstellung eines gewünschten Spaltprogramms eingeprägt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen