DE2108133B2 - Doppelmonochromator mit zwei Beugungsgittern - Google Patents

Description

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zeitig der einem einzelnen derartigen Monochromator Lichtweg vom Eintrittsspalt Sl zum Zwischenspalt anhaftende Nachteil der mangelnden Spektralein- 52 beschrieben wurde. Dabei ist jedoch zu beachten, heit eliminiert. Es wird ein Doppelmonochromator daß die Beugungsgitter Gl und G 2 parallel zueinmit sehr hohem Auflösungsvermögen bei guter Licht- ander angeordnet sind. Ferner ist es vorteilhaft, wenn stärke geschaffen. 5 jeder der beiden ebenen Reflektoren Pl und P 2, die

Vorzugsweise sind die Reflektoren zum Verändern die Form von ebenen Spiegeln haben können in ihres Abstandes von den Beugungsgittern verstellbar. nächster Nähe der entsprechenden Beugungsgitter Gl Sie können dann auf einen zur Unterdrückung von und G 2 angeordnet werden. Vorteilhafterweise sind Streustrahlen optimalen, möglichst geringen Abstand sie zum Verändern ihres Abstandes von den Gittern von den Beugungsgittern eingestellt werden. io Gl und G 2 verstellbar angeordnet. Wenn die Re-

Eine besonders einfache und übersichtliche An- Hektaren Pl bzw. P 2 möglichst nahe an den Gittern Ordnung des Doppehnonochromators ergibt sich, Gl oder G 2 angeordnet sind, kann der Einfluß von wenn die beiden hintereinandergeschalteten Licht- Streustrahlen unterdrückt werden. wege im wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander Bei der im vorstehenden beschriebenen Anord-

liegende Strahlengänge bilden, in denen jedoch die 15 nung kann angenommen werden, daß das vom Beu-Beugungsgitter parallel zueinander angeordnet sind. gungsgitter Gl ausgehende gebeugte Licht mit ande-

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im fol- ren Lichtstrahlen gemischt ist, die am Beugungsgitgcnden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. terGl lediglich reflektiert, aber nicht zum ebenen

Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung und den ReflektorPl hin gebeugt worden sind. Da diese Strahlengang eines erfindungsgemäßen optischen ao Lichtstrahlen jedoch andere Wellenlängen als das Systems; gebeugte Lichtbündel haben, so können diese Licht-

l· i g. 2 ist eine Schemaskizze zum Verständnis der bündel selbst dann, wenn sie durch den Zwischen-Anordnung gemäß F i g. 1; spalt 5 2 über den Kollimator M 2 zum anderen Beu-

Fig.3 zeigt in perspektivischer Darstellung eine gungsgitterG2 gelangen, von diesem Beugungsgitter andere Ausführungsform des optischen Systems. as nicht mehr zum Austrittsspalt S3 und/oder zum an-

Die in den Zeichnungen nur schematisch darge- deren ebenen Reflektor P 2 gebeugt werden. Mit andestellten Elemente sind sämtlich an einer Halterung ren Worten, nur das von dem Reflektor Pl reflek- oder optischen Bank von beliebiger bekannter Kon- tierte Licht kann durch die übrigen optischen EIestruktion befestigt, die nicht im einzelnen darge- mente zum Austrittsspalt 53 gelangen. Wie dies erstellt ist. 30 reicht wird, wird im folgenden an Hand von F i g. 2

Der Doppelmonochromator umfaßt zwei optische erläutert.

Teile, die im optischen Sinne symmetrisch zueinander In F i g. 2 wird angenommen, daß von dem Kolli-

sind, jedoch nicht notwendigerweise auch im geo- matorMl reflektierte Lichtbündel auf das Gitter Gl metrischen Sinn symmetrisch zueinander angeordnet in einem Winkel («+β) in bezug auf die Gitternorsein müssen. 35 male ON projiziert wird. Das Lichtbündel mit der

Das als Doppelmonochromator zu verwendende gewünschten Wellenlänge geht in einem Winkel α—θ optische System enthält einen Eintrittsspalt 51 von von dem Gitter aus. Das durch den Zwischenspalt 52 beliebiger bekannter Konstruktion, der einer geeigne- mittels des Kollimators M 2 auf das Gitter G 2 auften (nicht dargestellten) Lichtquelle nachgeschaltet treffende Lkbtbündel von gewünschter Wellenlänge ist. Lichtstrahlen von der Lichtquelle werden durch 40 ha* einen WinkeJk (»'—©') in bezug auf die Gitterden Eintrittsspalt auf einen ersten Kollimator Ml normale O'N', da die beiden Gitter Gl und G2, wie projiziert und auf diesem der Eintrittsspalt abge- oben erwähnt, parallel zueinander stehen. Infolgebildet. Der Kollimator Ml erzeugt einen parallelen dessen können keine anderen Lichtstrahlen als solche Strahlengang von dem einfallenden Licht und reflek- von gewünschter spezifischer Wellenlänge aus dem tiert die parallelgerichteten Lichtstrahlen auf ein 45 Austrittsspalt 53 austreten. Hierbei ist zu beriickerstes Dispersionselement Gl, welches bei dem dar- sichtigen, daß in dem hier beschriebenen Beispiel die gestellten Beispiel ein Beugungsgitter ist. Winkel Θ wad & Werte im Bereich von nicht mehr

Die parallelgerichteten und auf das erste Gitter Gl als 20° haben.

projizierten Lichtstrahlen werden entsprechend der Falls der Wellenlängenbereich durchfahren werden

Wellenlänge zerlegt, und au* dem so zerlegten Licht 50 soll, müssen lediglich die beiden Gitter Gl und GI ■ wird nur ein Lichtbündel mit einer gewünschten WeI- synchron zueinander und in gleicher Richtung ge- ' lenlänge zu einem ebenen Reflektor oder Spiegel- dreht werden, während jede Gitteroberfläche dem ' element Pl gebeugt. Das am Reflektor Pl reflek- entsprechenden ebenen Reflektor Pl oder P 2 zugetierte Lichtbtindel von gewünschter Wellenlänge wird wendet ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß wiederum von dem Beugungsgitter G1 gebeut und 55 die beiden Gitter Gl und G 2 durch eine geeignete läuft in Richtung auf den ersten Kollimator Ml. Von Parallelführung miteinander verbunden werden, dort aus wird es durch ein geeignetes Ablenkelement Die in F i g. 3 dargestellte Ausführungsform der

ml (Spiegel oder Prisma) und eine FeldlinseL zu Erfindung enthält dieselben Elemente wie die in einem Zwischenspalt 52 gelenkt. Fig. 1 dargestellte Ausführungsform. Der Unter-

Den Elementen in der oberen Hälfte der F i g. 1 60 schied liegt darin, daß bei der Ausführungsform nach entsprechen genau dieselben Elemente m2, M2, G2, Fig. 1 alle Elemente in derselben Ebene angeordnet P2 und 53 in der unteren Hälfte von Fig. 1. Das sind, während sie bei der Ausführungsform nach durch den Zwischenspalt 52 laufende Lichtbündel F i g. 3 in drei Dimensionen angeordnet sind. In beigelangt somit in genau der gleichen Weise zum Aus- den Fällen kann dieselbe Winkeldispersion D ohne trittsspaltS3, wie es vorstehend in bezug auf den 65 jede Einschränkung erhalten werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

zwei derartige Littrow-Monochromatoren zu einem Patentansprüche: Doppelweg-Monochromator hintereinander zu schal ten, und zwar unter viermaliger Ausnutzung dessel-

1. Doppelmonochromator mit zwei Beugungs- ben Prismas, so daß man die vierfache Dispersion gittern in zwei hintereinandergeschalteten Mono- 5 erzielt. Dabei tritt allerdings der Nachteil auf, daß chromatoren, in den der Strahlengang von einem der den Austrittsspalt passierende Strahl nicht nur Eintrittsspalt über einen Kollimator zum Beu- Strahlung der gewünschten Wellenlänge, sondern gungsgitter und nach Beugung am Gitter und er- auch Anteile mit unerwünschter Wellenlänge enthält, neuter Kollimation zu einem AustrittSEpalt ver- z.B. der Wellenlänge, die «inem nur zweimaligen läuft, wobei der Austrittsspalt des ersten der Ein- io Durchlaufen des Prismas entspricht. Es ist bekannt, trittsspalt des zweiten Monochromator ist und den gewünschten Strahlanteil durch eine künstliche die beiden Beugungsgitter zur Wellenlängen- Modulation zu kennzeichnen und von den übrigen abtastung synchron zueinander und gleichsinnig Strahlanteilen auszusondern (Brügel, »Einführung drehbar sind, dadurch gekennzeichnet, in die Ultrarotspektroskopie«, 1957, S. 124).

daß den Beugungsgittern (Gl, G 2) je ein ortsfest 15 Die dem Littrow-Monochromator entsprechende angeordneter Reflektor (Pl, P 2) derart nachge- zweimalige Ausnutzung des Dispersionselementes ist schaltet ist, daß er das in einem festen Winkel auch be; der Verwendung eines Beugungsgitters (2 Θ) zum Eintrittsstrahl abgebeugte Licht in sich bekannt (USA.-Patentschriften 3 069 966 und selbst auf das Gitter zurückwirft, von wo es nach 3 069 967). Hierbei tritt jedoch die Erscheinung, daß erneuter Beugung zum Kollimator (Ml, M2) und so Strahlanteile mit anderer als der gewünschten WeI-zum Austrittsspalt (52 bzw. S3) verläuft, und daß lenlänge zum Austrittspalt gelangen, in noch stärdie beiden Beugungsgitter in bergauf den Strah- kerem Maß auf; bei zweimaliger Beugung am Beulengang derart angeordnet sind, daß der Einfalls- gungsgitter mit nachgeschaltetem Reflektor genügt winkel (*'— θ") des vom Kollimator (M 2) korn- nicht nur die Wellenlänge
menden Lichtes beim einen Gitter (G 2) gleich 35 ^
dem Beugungswinkel (λ—Θ) des zum Reflektor ^₀ = d[sin(a + β) + sin (α — θ)] · —,
(Pl) abgebeugten Lichtes beim anderen Gitter "

(^G1) kj- . _{u 4} , , sondern auch die Wellenlänge

2. Doppelmonochromator nach Anspruch 1, .

dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren (Pl, 30 λ = d [sin (« H- Θ) + sin (α + θ)] · —

P 2) zum Verändern ihres Abstandes von den ¹ η

Beugungsgittern (Gl, G 2) verstellbar sind.

3. Doppelmonochromator nach einem der An- der Beugungsbedingung und ist deshalb im austretensprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Strahl vorhanden {d = Gitterkonstante; «, θ vgl. beiden hintereinandergeschalteten Lichtwege im 35 Fig. 2).

wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander lie- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

gende Strahlengänge bilden, in denen jedoch die Doppelmonochromator der eingangs genannten Art Beugungsgitter (Gl, G 2) parallel zueinander an- unter Verwendung der an sich bekannten Anordgeordnet sind. nung je eines Beugungsgitters mit nachgeschaltetem

40 Reflektor so zu einem Doppelweg-Doppelmonochromator mit 4facher Dispersion auszubilden, daß man

am Austrittsspalt einen spektralreinen Strahl ohne

Beimengungen der obenerwähnten parasitären Wellenlängen erhält.

45 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

Die Erfindung betrifft einen Doppelmonochromator löst, daß den Beugungsgittern je ein ortsfest angeordmk zwei Beugungsgittern in zwei hintereinanderge- neter Reflektor derart nachgeschaltet ist, daß er das schalteten Monochromatoren, in den der Strahlen- in einem festen Winkel zum Eintrittsstrahl abgegang von einem Eintrittsspalt über einen Kollimator beugte Licht in sich selbst auf das Gitter zurückzum Beugungsgitter und nach Beugung am Gitter so wirft, von wo es nach erneuter Beugung zum Kolli- und erneuter Kollimation zu einem Austrittsspalt mator und zum Austrittsspalt verläuft, und daß die verläuft, wobei der Austrittsspalt des ersten der Ein- beiden Beugungsgitter in bezug auf den Strahlengang trittsspalt des zweiten Monochromator ist und die derart angeordnet sind, daß der Einfallswinkel des beiden Beugungsgitter zur Wellenlängenabtastung vom Kollimator kommenden Lichtes beim einen synchron zueinander und gleichsinnig drehbar sind. 55 Gitter gleich dem Beugungswinkel des zum Reflektor

Ein derartiger Doppelmonochromator ist aus abgebeugten Lichtes beim anderen Gitter ist.
USA.-Patentschrift 2 670 652 bekannt. Hier werden Dieser Lösung liegt die bei aller Einfachheit über-

die beiden Rücken an Rücken angeordneten Beu- raschende Erkenntnis zugrunde, daß die obengegungsgitter nur jeweils einmal zur Beugung und nannten spektralfremden Beimengungen mit der Dispersion des Lichtstrahls ausgenutzt; insgesamt 60 Wellenlänge A₁, die am Austrittsspalt des ersten der ergibt sich eine zweifache Dispersion. hintereinandergeschalteten Einzelmonochromatoren

Bei mit Prismen arbeitenden Monochromatoren auftreten, den zweiten Monochromator dann nicht ist der als Littrow-Monochromator bezeichnete durchlaufen können, wenn dessen Gitter zu dem des Strahlengang bekannt, bei dem hinter dem Prisma ersten Monochromator so angeordnet ist, daß Einein Reflektor angeordnet ist, der den aus dem Prisma 65 falls- und Ausfallswinkel vertauscht sind. Damit wird austretenden Strahl erneut durch das Prisma treten erstmals eine sinnvolle Hintereinanderschaltung läßt, so daß sich die Dispersion verdoppelt. Es ist zweier Monochromatoren mit je einem zweifach auch bereits bekannt (USA.-Patentschrift 2871757), durchlaufenen Beugungsgitter geschaffen und gleich-