DE1923005C - Gittermonochromator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gittermunochromator 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.

Bei einem solchen Monochromator ist es wünschenswert, bei gegebener spektraler Auflösung den Strahlungsfluli möglichst groß zu machen. Sind mit Ausnahme der Spalte alle optischen Elemente des Monochromatnrs vorgegeben, dann ist bei einer ebenfalls vorgegebenen spektralen Auflösung der Strahlungsfluß maximal, wenn der Austrittsspalt die gleiche Breite hat wie das monochromatische Bild des Eintrittsspaltes in der Ebere des Austrittsspaltes.

Es ist weiterhin wünschenswert, das Verhältnis von Spaltbreite zu Spalthöhe den Gegebenheiten der übrigen Ontik möglichst gut anzupassen. Beispielsweise ist es bei Verwendung eines Golay-Empfängers, der eine runde Empfängerfläche besitzt, vorteilhaft, das Verhältnis von Breite zu Höhe möglichst nahe an 1 zu bringen. Bei einem Thermoelement, dessen Empfängerfläche verhältnismäßig schmal und lang sein kann, kann es demgegenüber wünschenswert sein, das Verhältnis von Breite und Höhe des Austrittsspaltes möglichst klein zu ■ ählen. Mit Rücksicht auf den Strahlengang im Kiivettenraum kann es wünschenswert sein, das Verhältnis von Lfreite >.a Höhe des Eintrittsspaltes möglichst nahe an I zu bringen. Das gleiche ist der Fall, wenn man eine runde Strahlungsquelle, z. B. die Hohlkathode einer Hohlkathodenlampe in iinem Atom-Absorptions-Spektrometer, auf den Eintrittsspalt abbildet. Andererseits können die Abmessungen der Flamme in einem Atom-Absorptions-Spektro:mi:ter ein möglichst kleines Verhältnis von Breite und Höhe des Eintrittsspaltes als wünschenswert erscheinen lassen. Ganz allgemein kann es also je nach den Forderungen an den Strahlengang außerhalb des Monochromator wünschenswert sein, das Verhältris von Breite zu Höhe eines der beiden Spalte in einer gewünschten Richtung zu beeinflussen, ohne dadurch andere Größen, wie z. B. die Auflösung, zu verändern.

Es sind Monochromatoren bekannt, weiche die erste der obigen Bedingungen erfüllen, beispielsweise Prismcnmonochromatorcrt, bei denen das Prisma im Minimum der Ablenkung, also mit symmetrischem Durchgang, benutzt wird, oder Monochromatoren, bei denen Eintritts- und Austritlsspalt übereinander angeordnet sind. Bei solchen Monochromatoren wird im allgemeinen der F.intrillsspall mit monochromatischem Licht im Verhältnis 1 : I in der Ebene des Austriltsspiili.es abgebildet, und beide Spalte haben die gleiche Breite.

Es sind aber auch Monochromatoren bekannt, welche die obigen Bedingungen nicht erfüllen. Solche Monochromalorcn können gegenüber den eben genannten Monochromatoren durchaus Vorteile aufweisen, wie das z. IJ. bei einem Gittermonochromalor nach C / c r 11 y Turner der lall ist, der eine tchärfcre Abbildung des l-intrittsspnlles in der Ebene des Ausfriltsspallcs er/eugt. Mti solchen Monochromnloren sind im allgemeinen die beiden Brennweiten gleich groß und die beiden Spalte gleich breit, has Mild des I iiilriltsspallcs in tier Ebene des Ausl:iiissp;ili(:s i->t jedoch huitiT oder schmaler als der AiMr:i.'!-.|>iill, '.< > dall U-iii oplintüli.". Verhältnis von Auflösung /π ''ilr;iliiiiii".|'it!ll 'Τ/icll wird.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Monochrc matoren besteht darin, daß sich das Verhältnis vo Breite zu Höhe der Spalte bei gegebener Auflösun nicht verändern läßt, so daß also auf gewisse Förde rungen, die an den vorgeschalteten oder an dei< nach geschalteten optischen Sirahlengang gestellt werdei können, keine Rücksicht genommen werden kann.

Es ist an sich bekannt, die Spallbreite eines Mono chromators zu

der »förderlichen Spaltbreite« zu wählen. Das ist dii Spaltbreite, deren Unterschreiten wegei·. der Beugungs erscheinungen am Abbildungssystem keine weiten Verbesserung der Auflösung, sondern nur noch einer Energieverlust bringt. Mit solchen, durch die Wellen länge bestimmten Spaltbreiten wird bei kommerzieller Monochromatoren schon aus Energiegründen nichi gearbeitet. Die Erfindung geht ebenfalls von einei scharfen Abbildung uw\ Spaltbreiten aus, bei denen da; Spaltbild nicht etwa nur durch Beugungserscheinungen bestimmt ist. Auch ist Gegenstand der Erfindung niet! ein Absolutwert einer Spaltbreite, sondern ein bestimmtes Verhältnis von Eintritts- und Austrittsspaltbreite.

Es ist weiterhin bekannt, daß bei der »Abbildung durch ebene Flächen«, wie sie bei einem Prismciispektralapparat am Prisma erfolgt, eine scheinbare Vergrößerung der Spaltbilder im Verhältnis der Kosinus der Einfalls- und Brechungswinkel stattfindet (C ζ a ρ s k i und Eppenstein, »Grundzüge der Theorie der optischen instrumente«, j. Auflage, 1924, S. 342 ff.). Es wird in dieser Literaturstelle ausschließlich von den Verhältnissen an brechenden Flächen ausgegangen, jedoch keine Lehre vermittelt, welche sich ohne weiteres auf Gittermonochromatoren übertragen ließe. Es wird außerdem nur eine Aussage gemacht, wie das Bild eines Eintrittsspaltes abgebildet wird, jedoch keine Bauvorschrift hinsichtlich des Verhältnisses von Eintrittsspaltbreite und Austrittsspaltbreite gegeben.

Ferner ist durch eine Veröffentlichung (Staudenm a i e r, H ο ρ k i η s, J. Opt. Soc. Am., 49, S. 1132 [1959]) im Zusammenhang mit dem optischen Aufbau eines Spektrographen mit Zeitauflösung bekannt, daß das monochromatische Bild einer kleinen, kreisförmigen öffnung eine Ellipse ist, deren Exzentrizität gleich (km Verhältnis der Bündelbreiten des gebeugten und des einfallenden Lichtes außerhalb der Gitterbrennwcitc ist. Solche unterschiedlichen Bündelbreiten, die eine entsprechende Änderung der Spaltbreiten erfordern wurden, können nach dieser Druckschrift durch ein anamorphotisches Prismensystem in Zusammcnwirkung mit einer einzigen asphärischen Linse im Kollimator korrigiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei rinem 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, das Verhältnis von Auflösung zu Strahlungsfliiß zu verbessern.

Frlirulungsgemiill wird das dadurch erreicht, daß für mindestens eine Wellenlänge im Arbeitsbereich des (iillermonocliioMialor·, die Bedingung

³ \ 4

hg

. — " F i g. 6 eine mechanische Steuerung des Abgriffs

- ^fla «ι eines weiteren Potentiometers, das zur Steuerung der

erfüll! ist, wobei Spaltbrei'ien dient, und

/ι, die Breite des Eintrittsspiltes F i g. 7 einen Stromlaufplan einer Spaltbreiten-

/,. die Breite d- Austrittsspaltes ^{5 ste}"^erune-

H₁ die Bündelbreite in der Dispersion**!-.*™ . /¹B-I i^igt einen Monochromator mit einem EinGitter, uispusionscbene vor dem trittsspaU 1, einem Kollimatorelement 2, einem dispcr-/> '. die Breite des monochromatischen RiinrM ι Bierenden Element 3, einem abbildenden Element 4 ' vom Austrittsspalt erfaßten Wellen,.· u ^ü" ^einem Austrittsspalts. Das Koilimatorelement 2 hinter dem Gitter, ^»'-nlange optisch io und das abbildc.de Element 4 sind in F i g. 1 als ,/, die effektive Gegenstandsweite und λ'"^" ^{gezeichneL Es} können jedoch ebensogut an- :;, die effektive Bildweite bei ^r mm,- u ' °P^tlsch ähnlich wirkende Elemente verwendet tischen Abbildung des Eintri ts nakes^ini'T rf^"' ^bcisP^ielsweise Hohlspiegel. Das dispergierende Ebene des Austrittsspaltes '⁶ Clements ,st in F i g. 1 nur als Block dargestellt. Es j_S{ ¹S kann sich um ein Transmissionsgitter oder ein Re-" Beispielsweise ist bei einem Czernv Τμγπργ \λ fiexionsgitter handeln. Bei Verwende ^ eines Konkavchn.-nator α die Brennweite ΗρΪ κ t ^ürner;^Mon°- Esters können die drei Elemente 2, 3 und 4 zusammen-

u'nd υ· die B^wdtTd" Ab du?, Cn^rt^C _er₀ ^edTr '"'? ""ί "" ^^ "¹^

bei :inem Monochromator bei einem SSOpS _f Man _ betrachtet den Verlauf monochromatischen

ohne sonstige abbildende Elemente"st _fl de AhS ίί *° ^ α l^m Monochromator. Der Eintrittsspalt I hat

des rnmttsspaltesvomKonkavdtt ^n " d Ab f ^B™^to *-. ^«Abstand von der Linse2 beträgt

sta_;ui des Austrittsspaltes vom Konkavster Λ V- ^Z"^g ? T' ^Brennweite der L'nse 2. Hinter

H- riniiiltune der antrpofh^n» „ ,· der Lins2 entsteht also ein Parallelbündel. Das von der

^-^ÄvStTLSÄ^Ä . ^Mi»ellinie_Ldes Eintrittsspaltesl ausgehende mono-

nuiiuiuni 7Ii .Mrah. ~< r-u ....U- divergente Strahlenbündel wird durch

und Anstritts-Paltnn ι „„, I· „■ Γ ^{die Llnse 2 in em} Parae bunde einer bestimmten

. or ind Smcr "^^υ"¹"^{5ςΗιε(]1|£;}'^1εη Bündel- Richtung verwandelt. Die von den beiden Rändern :ll::itT^^äST™i des Eintrittsspaltes 1 ausgehenden Strahlen schließen

^{h d}

.r:ll::ihtbT^STi p g

hkrit hei nni^rhipHi;M c , . ^{e hlnter der} Linse 2 mit den eben genannten Parallel-

S Γ ΐ ? ^Spa"^{breiten und} 3° strahlen einen Winkel«, ein. Das dispergierende

ή⁸ Γ °^Ptima'^{eS El 3 i li}

£Λ Sn eintrittsΓ und ΐ ,? ^{preiten und} 3° strahlen einen Winkel«, ein. Das dispergierende

Vr K^: s von AS _ur^d<; ή⁸ Γ °^Ptima'^{eS Element 3 sei zu}ß^leich Aperturblende. Auf das disper-

alΐ·"' e^ weite hin "S²" ^S'^ra,^nI"ⁿg^sfl"ß^erhalten, gierende Element trifft also ein Bündel der Breite A₁

^em · es E^ tts und Aultri , U ^V°" ^B?*^{ite ZU mk dem} Öffnungswinkel ,_t. Hinter dem dispergieren^

ii P7,t fl ^P Γ ^{m emer ge}" ^den Element 3 entsteht ein Bündel der Breite B₂ mit

KS Öffnungswinkel*,. Ein allgemeines optisches

n_Pt H .^kle'""e Bündelbreite Gesetr (die Sinusbedingung) fordert, daß bei einer

^rr s.

ν ''"ihil ^we!se^P? ^ίΐ ^ί "■^{S vcrtauschen}· ^D^ ^d'"<= Breiten b der Spalte klein sind gegen die Ab-

• ,^{01 α}" .I TeZJ Z Spaltbreucn synchroni- stände α, sind die Winkel sehr klein, so daß man den

da? die Bedingung ^enag " ^¹'"¹"¹"^{1 SinUS durch den Winkel selbst ersetz}^^{n kann}"

^b* = ^ ^ff2 « · Α,Λ, = B₂ Λ₂. (2)

A, 5₂ (7,

, , _r.. ., ... ,, , Nun gilt für die Breitet, des Eintrittsspaltes

im wesentlichen fur alle Wellenlängen des Arbcits-

berek'hes erfüllbar ist. . — la ■ (^

Man kann außerdem dij Spalte so steuern, daß die 50 ' ' *'

vorstehende Bedingung bei mindestens einer Weilen- und für die Breite i₂'des Bildes des Eintrittsspaites in länge ur falle Spaltbrcitcn erfüllt ist. _{dcr Ebene des} Austrittsspaltes

An Hand der Zeichnungen werden die der Erfindung

zugrunde liegenden physikalischen Zusammenhänge b₂' --- 2a. χ . (4)

erklärt und einige Anwendungsbeispielc erläutert: Es 55

^ζε'8^ι. , , „ . . Die drei Gleichungen (2), (3) und (4) führen zu der

Fig.l den Strahlengang in einem Monochromator Gleichung
mit einem dispcrgiercndcn Element zur Erläuterung

der physikalischen Grundlagen der Erfindung, ^ > _B

Fig. 2 den Strahlengang in der Umgebung des 60 ^a = ' ² . (5)

dispcrgicfenden Elements, ^i B₂ a_t

F i g. 3 einen Gillermonochromator nach C ζ e Γη y—Turner in erlindtingsgcmäßcr Abwandlung, Das beste Verhältnis Auflösung zu Strahlungsfluß

F i g. 4 ein Gitter mit einem einfallenden und einem erhält man, wenn man den Auslritlsspalt genauso

gebeugten Strahl, 6_S breit macht wie das UiId des Eintrittsspaltes, d. h.,

Fig. 5 eine mechaniscnc Steuerung der Schleifer wenn man dem Austrittsspalt die ßrciteb_t zweier Potentiometer, die /ur Steuerung der Spalt-

nach Gleichung (4) gibt. Die Bedingung für das beste die Gleichung (11) auch bei Spaltbreitenänderung für Verhältnis Auflösung zu Strahlungsfluß 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 /;, und «, gegeben ist: zu Strahlungsfluß nicht erreicht. Die Abweichungen

5 sind jedoch im Mittel kleiner als bei einem symme-

b₂ _ B₁ a₂ _ trischen Czerny-Turnef-Monochromator (a₂ — «,) mit

h_t B₂ O₁ gleichen Spaltbreiten (b₂ = 6,). Auch bei einem

asymmetrischen Czerny-Turner-Monochromator nach

Der Einfluß des Faktors B₁IB₁ wird bei den bekann- F i g. 3 bleiben die beiden Spalte stets gleich breit, ten Monochromaloren 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 5 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 Spaltbackc des

F i g. 2 zeigt noch einmal das dispergierende Austrittsspaltes 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 aufIreffende 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 B₁. 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 a, = a₂ gezeigt werden. Unter dieser Vorauch eine andere Breite B₃. Das Verhältnis b₂ zu b_t aussetzung gilt
ändert sich also infolge der Dispersion mit der Wellenlänge, wobei b₂ die Breite des Bildes des Eintritts- 25 S ₌ ^Bi ₌ G cos ψ ^ cosy
Spaltes hat. Man muß also, um ein günstiges Ver- ^₁ ß₂ q _cos ψ _cos ψ '
hältnis Auflösung zu Strahlungsfluß zu erhalten,

' entweder die Spaltbreiten ft_s und ft, in ein solches F i g. 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

F i g. 3 zeigt einen Gittermonochromator nach den Einfallswinkel π, der gebeugte Strahl bildet mit Czerny- Turner, der jedoch erfindungsgemäß der Gitternormalen den Ausfallswinkel y. 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 ψ auf Beziehung

das Gitter 3. Die vom Gitter 3 gebeugte mono- 40 „,_ __o _ _const /^)

chromatische Strahlung derjenigen Wellenlänge, die

vom Austrittsspalt 5 ausgesondert wird, verläßt das erhalten, d. h., bei einer Gitterdrehung (Wellenlängen-Gitter unter dem Einfallswinkel y» in einem Bündel änderung) ändern sich φ und ψ stets im gleichen Sinne der Breite B₂. Die Brennweiten O₁ und O₂ der Hohl- und um den gleichen Betrag. Diese Beziehung kann spiegel 2 und 4 sind so gewählt, daß die Breite ft₂ des 45 man zu einer einfachen Spaltsteuerung ausnutzen, z. B. Austrittsspaltes gleich der Breite ft, 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 gezeici.net.

Auf dieser Linie liegt der Drehpunkt 24 der beiden

^a2 __ B₂ .„. starr miteinander verbundenen Hebel 12 und 13. Der

O₁ B 50 Hebel 12 schließt mit der gedachten Linie 11-11 den

Winkel 7 ein, der Hebel 13 den Winkel ψ. Wird

Ist G die wirksame Breite des Gitters, dann gilt für der Doppelhebel gedreht, dann ändern sich 7 und γ die Bündelbreiten im gleichen Sinne und um den gleichen Betrag, wie es

der Beziehung (13) entspricht. Der Drehpunkt des

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

BG cos ν Π01 zeichneten Gitters. Gitter und Doppelhobel sind starr

miteinander verbunden. Der Doppelhebel ist relativ

⁰ zum Gitter so einjustiert, daß die Winkel 7 und ψ

O₂ COSi/ _mj_t jem jeweiligen Einfallswinkel und Ausfallswinkel

O₁ cos 7. 60 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 übljchcn Ausführungsart auch Schleifer 18 starr verbunden ist. Dieser Schleifer 18 der Fall ist. Werden die Änderungen der Spaltbreitcn 65 gleitet auf einem parallel zur Linie 11-11 ausgerichteten so durchgeführt, daß die Glcicheit der beiden Spalt- Potentiometer 20, dessen eines linde 22 auf der Höhe breiten stets erhalten bleibt, wie das bei bekannten des Drehpunktes 24 des Doppelhobels 12, 13 liegt MonochromaUiren ebenfalls der Fall ist, dann bleibt (die Verbindungslinie 22-24 steht senkrecht auf

10

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 ziir Linie 11-11 ausgerichtet ist. Das eine linde 23 des Potentiometers 21 liegt auf der Höhe iles Drehpunktes 24 des Doppelhebels 17, 13, d.h., die Verbindungslinie 23-24 steht senkrecht auf der Linie 11-11.

Am Potentiometer 20 entsteht zwischen dem einen Ende 22 und dem Schleifer 18 eine Spannungsdifferenz U₄, die cos γ proportional ist. in entsprechender Weise entsteht am Potentiometer 21 zwischen dem einen Ende 23 und dem Schleifer 19 eine Spannungsdifferenz U₄, die cos ψ proportional ist. Benutzt man die Spannungen U₄ und U₆ 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 U₃ speist, die der Γο«ίηυ« 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 = (<f + ψ)/2. Diese Spannung U₃ 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 y 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 :rsetzt 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 ·/.

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 IZ₁, 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 dieses Potentiometers 34 wird wellenlängenabhängig verschoben. Es entsteht eine wellenlängenabhängige Spannung U₁, 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 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 U₁ abgegriffen, die cos φ/cos y proportional ist. Gleichzeitig speist die Spannung U₃ das Potentiometer 21, das mit dem entsprechenden Potentiometer in F i g. 5 identisch ist.

Mittels seines Schleifers 19 wird eine Spannung U₆ abgegriffen, die cosTt/cosy proportional ist. Die Spannungen U₄ und U₆ werden direkt zur Steuerung der Spaltbreiten verwendet, z. B. jeweils mittels Folgepotentiometer und Servomotor.

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

ίο 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

»5 Strahlungsfluß 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 Eintrittssps.U, 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

b, S₂ O₁

erfüllt ist, «/obei

O₁ die Breite des Eintrittsspaltes, frj 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,

Q₁ 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

B,

On -öl

■>

im wesentlichen für alle Wellenlängen des Arbeitsbereiches erfüllt ist.

3. Monochromator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dispergiercnde 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 φ 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

O₂ cos ψ

λ, cos φ

4. Monochromator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dispe'rgierende Element ao ein zur Wellenlängenabtastung schwenkbares Gitter (3) ist, daß durch je eir. optisches Gl ed der Brennweite O₁ = O₂ ein von dem Eintritt >spalt (1) ausgehendes Lichtbündel parallel gerichtet unter einem Einfallswinkel φ auf das Gitter (3) geleitet und ein unter einem Winkel γ zur Gitternormalen gebeugtes monochromatisches paralleles Lichtbiindel 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 ;?u cosy mit q < γ < ψ oder y> < γ < φ, beispielsweise proportional zu

φ + ψ

cos ——~

veränderbar sind.

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

cos

verstellbaren Potentiometer (26) abgegriffen wird.

7. Monochromator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Gitter (3) ein Winkelhebel verschwenkbar ist, dessen Schenke! (12,13) mit einer durch den Schwenkpunkt (24) gehenden Linie (11-11) die Winkel ψ bzw. ψ einschließen, daß gestreckte lineare Potentiometer (20, 21) räumlich parallel zu der besagten Linie (11-11) als Geberpotentionieter 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 gelager. ist, mit einem gestreckten linearen Potentiometer (26) jeweils einen Winkel

γ ₌ Ψ + Ψ

einschließt und dessen anderer Schenkel eint: geradlinie Kulissenführung (29) aufweist, in welche ein mit dem Schleifer (28) des Potentiometers (26' verbundener Zapfen (30) eingreift, und daß die ar¹ Schleifer (28) dieses Potentiometers (26) abgegriffene Spannung (U₃) die nach Maßgabe von cos φ und cos ψ verstellbaren Geberpoteniiometer (20, 21) speist.

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

l/cos ^ψ — - Potentiometer (26)

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen