DE2258106A1 - Monochromator - Google Patents

Description

Den 3. 1. 1972

Monochromator

Die Erfindung betrifft einen Monochromator mit einem Lichteintrittsapalt und einem Lichtaustrittsspalt, einem zwischen diesen angeordneten optischen System zur Abbildung des Lichtaifltrittsspaltes auf den Lichtaustrittsspalt, einem verstellbaren Dispersionsmittel zur Verschiebung des Bildes des Lichteintrittsspaltes in der Ebene des Lichtaustrittsspaltes in Abhängigkeit von der Wellenlänge sowie einer in der Nähe eines Monochromatorspaltes im Strahlengang angeordneten Linse. Derartige Spektralapparate, dienen zur Aussonderung eines schmalen Spektralbereichs aus dem Spektrum einer Strahlungsquelle.

Die Größe des aus einem Monochromator austretenden Strahlenflusses hängt bei vorgegebenem Dispersionsmittel und vorgegebener Strahlungsquelle im wesentlichen vom Verhältnis der Spaltlänge zur Brennweite des Monochromators undjvön der Kongruenz des Bildes des Lichteintrittsspaltes mit dem Lichtaustrittsspalt ab. Zur Erreichung eines großen Strahlenflusses wird entsprechend der Lichtquellenform und dem benutzten optischen System die Verwendung langer Spalte in Monochromatoren angestrebt. Dabei bereitet jedoch die Erzielung einer konstanten Schärfe des Lichteintrittsspaltbildes und einer mit dem Lichtaustrittsspalt deckungsgleichen Konfiguration des .Eintrittsspaltbildes (Spektrallinie) bei allen eingestellten Wellenlängen oder Wellenzahlen infolge der Verzeichnung des Abbildungssystems und der unerwünschten Einflüsse des Dispersionsmittels erhebliche

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Schwierigkeiten. Man hat bereits den Liehtauetrittsspalt entsprechend dem Lichteintrittsapalt bei einer bestimmten Wellenlänge gekrümmt ausgeführt. Dadurch kann jedocn nur In der Umgebung einer bestimmten Spektrallinie das volle Auflösungsvermögen eines Monochromators nutzbar gemacht werden.

üs ist auch schon ein Plangittermonochroinator (nach Pastie-Ebert) bekannt, bei dem die Krümmung der Spektrallinien unabhängig von den eingestellten Wellenlängen mit der des Austrittsspaltes übereinstimmt. Dieser Monochromator ist zwar für die Erzielung der Deckungsgleichheit des Bildes des Lichteintrittsspaltes mit dem Lichtaustrittsspalt sehr gut geeignet. ^ein Öffnungsverhältnis muß jedoch innerhalb gewisser Grenzen liegen, da das zugehörige Abbildungssystem nicht auf Koma korrigiert ist. Weiterhin hat der Plangittermonochromator einen großen Raumbedarf, der insbesondere beim Aufbau von Doppelmonochromatoren bedeutungsvoll ist. Die notwendige Verwendung zweier Hohlspiegel gestaltet den Monochromator aufwendig. Die vom Verhältnis 1: 1 abweichende vergrößerte oder verkleinerte Abbildung der Spgktrallinie auf den Austrittsspalt sowie die verhältnismäßig starke Krümmung der Spalte bereitet gewisse Schwierigkeiten bei der Verwendung und Abbildung linienförmiger Strahlungsquellen. Es ist auch schon ein Monochromator mit Komakorrektur bekannt geworden. Dieser gewährleistet jedoch nicht die Wellenlängenunabhängigkeit der Spfcktrallinienkrümmung.

Ferner ist die Verwendung einer asphärischen Linse in einem Monochromator zur Korrektur von Aberrationen bekannt.

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Die Linse befindet sich näher am Austrittsspalt als am Eintr-ittsspalt und ist bezüglich der Gitteraehse gedreht. Es handelt sich um einen Monochromator geringerer» Genauigkeit, bei dem das Gitter nicht im parallelen Strahlengang angeordnet ist und die Linse dadurch notwendige Abbildungskorrektüren übernehmen soll. Zur Abbildungskorrektur der Konfiguration der Spaktrallinien bezüglich des Austrittsspaltes in Abhängigkeit von den eingestellten Wellenlängen ist die Anordnung der Linse nicht geeignet.

Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen kompakten Monochrometor zu schaffen, bei dem der Eintrittsspalt unabhängig von seiner Länge deckungsgleich auf den Austrittsspalt abgebildet wird, ohne daß dem Öffnungsverhältnis des Monochromator Grenzen gesetzt sind.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Linse in Abhängigkeit von der Wellenlänge um eine zum Lichtaustrittsspalt parallele Achse schwenkbar gelagert ist* Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht auf einfache V/eise die Angleichung der Kontur der Spektrailinie an den Austrittsspalt. Dabei ist vorteilhafterweise zwischen dem Verstellmittel des Dispersionsmittels und dem Schwenkmittel der Linse eine Kupplung vorgesehen, so daß die Linse mit der Wellenlängsneinsteljlung bzw« Wellenzahleinstellung automatisch um einen adäquanten Betrag geschwenkt und die genau deckungsgleiche Abbildung des Licht* eifttrittsspältes auf dem Lichtaustrittsspalt gewährleistet wird.

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Durch geeignete Wahl des Linsenradius läßt sich der Schwenkwinkel der Linse dem Schwenkwinkel des Dispersionsmittel anpassen.
Die Linse selbst kann sphärisch, asphärisch oder zylindrisch ausgebildet sein. Wenn die Linse unmittelbar vor dem Austrittsspalt angeordnet ist, kann sie gleichzeitig ale Feldlinse zur Abbildung der Gitterfläche auf einen fotoelektrisch^! Empfänger dienen. Läßt man das übersetzungsverhältnis zwischen Linsenschwenkung und Dispersionsmittelschwenkung offen, so läßt eich der Linsenradius anderen Erfordernissen anpassen. Insbesondere kann die Linse so bemessen werden, daß sie in einem bestimmten Monochromator als Bildfeldebenungslinse wirkt. Mit zwei Linsen, von denen eine gerätefest und die andere schwenkbar angeordnet ist, kann sowohl die Bedingung des Synchronismus »wischen
Linsen- und Dispersionsmittelschwenkung als auch die Bedingung für die Bildfeldebenung erfüllt werden. Dieser Pail liegt vor, wenn z. B. die Krümmung der zur Bildfeldebenung notwendigen Linse zu klein ist, als das, durch ihre im Rahmen des Sinnvollen liegende Schwenkung Deckungsgleichheit zwischen dem Bild des Eintrittsspaltes und dem Austrittsspalt erzielt werden könnte.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schtmatIschen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen»

Fig. 1 den optischen Aufbau eines Gitter-Doppelmonochroraators, Fig. 2 die Koppelung der Linsenschwenkung mit der Schwenkung

eines Dispersionsmittel.

In Fig. 1 sind im Lichtweg 1 zwischen einem Lichteintrittsapalt 2 und einem Lichtaustrittsspalt 3 nacheinander

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ein abbildender erster Hohlspiegel 4, ein um eine Achse 5 schwenkbares erstes Gitter 6, ein erster ebener Umlenkspiegel 7, ein um eine Achse 17 drehbarer Modulator 8, ein Mittelspalt 9, ein zweiter ebener Umlenkspiegel 10, ein zweiter Hohlspiegel 11, ein um eine Achse 12 schwenkbares zweites Gitter 13 und eine um eine zum Lichteintrittsspalt 2 parallele Achse 14 schwenkbare Linse 15 angeordnet. Der Linse 15 kann eine gerätefest angeordnete Linse 16 zugeordnet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Achsen 5; 12; 14; zueinander parallel und zur Zeichenebene senkrecht.

Das von einer Lichtquelle 18 ausgehende, durch seinen Achastrahl 1 verkörperte Liehtstrahlenbündel passiert den Lichteintrittsspalt 2, der sich in der dingseitigen Brennebene des Hohlspiegels 4 befindet, und gelangt als divergierendes Lichtstrahlenbündel auf den Hohlspiegel 4, der es parallel richtet und zum reflektierenden Dispersionsgitter 6 reflektiert· Das Gitter b zerlegt das auftreffende Licht spektral und reflektiert es wieder zum· Hohlspiegel 4_f der seinerseits in seiner bildseitigen Brennebene, am Ort des Mittelspaltes 9» über den Umlenkspiegel 7 ein LinienSpektrum entstehen läßt, das ν vom Modulator 8 moduliert wird und von dem der Mittelspalt 9 eine Linie oder einen engen Bereich ausblendet. Die bildseitige Brennebene des Hohlspiegels 4 ist gleichzeitig die dingseitige Brennebene des Hohlspiegels 11, der das vom Mittelspalt 9 dispergierend ausgehende Lichtstrahlenbündel parallel richtet, auf das Dispersionsgitter 13 reflektiert, das das auftreffende Licht nochmals spektral zerlegt und zum Hohlspiegel 11

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reflektiert. In der blldseitigen Brennebene des Hohlspiegels ist der Lichtaustrittsspalt 3 angeordnet, auf den durch die Linsen 16 und 14 ein Spektrum des durch den Mittelspalt aus dem ersten in den zweiten Monochromator gelangenden Lichtes abgebildet wird. Auf diese Weise wird der Einfluß von Streulicht weitestgehend beseitigt, und den Doppelmonochromator verläßt monochromatisches Licht großer spektraler Reinheit.

Zur Einblendung der verschiedenen Spektralbereiche sind die Gitter 6 und 13 um die Achsen 5 und 12 schwenkbar gelagert. Dadurch verändert sich die im Austrittsspalt 3 erscheinende Spektrallinie hinsichtlich der Wellenlänge und hinsichtlich ihrer Konfiguration bezüglich des Lichtaustrittsspeltee. Damit die Konfiguration de» Spektrallinie die gleiche iBt wie die des Lichtaustrlttsspaltes, wird entsprechend den Gitterschwenkungen die Linse 15 um die Achse 14 geschwenkt. Die Linse 15 dient außerdem zusammen mit der gerätefesten Linse 16 der Bildfeldr ebenung.

In Pig. 2 sind an einem festen Geräteteil 19 zwei Zahnräder 22 als Antriebsrad und 21 als Abtrieberad gelagert. Mit dem Zahnrad 21 ist eine Zylinderlinse 23 und mit dem Zahnrad 22 ist ein reflektierendes Dispersionsgitter 24 starr verbunden. Beim Drehen des Dispersionsgitters 24 mit einem Hebel 20 zur Wellenlängeneinstellung wird zwangsläufig das Zahnrad 21 mit der die Pormkorrektur der Spektrallinie bewirkenden-Zylinderlinse 23 geschwenkt.

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Die Erfindung ist auoh bei Prismenmonochromatoren an wendbar. Sie ist nicht an die in den Ausführungsbeispielen dargestellte optische Ausbildung eines Monochrometors gebunden.

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Claims (3)

1. /Ί J Monochromator mit einem Lichteintrittsspalt und einem Lichtaustrittsspalt, einem zwischen diesen angeordneten optischen System zur Abbildung des Lichteintrittsspaltes auf den Lichtaustrittsspalt, einem verstellbaren Dispersionsmittel zur Verschiebung des Bildes des Lichteintrittsspaltes in der Ebene des Lichtaustrittsspaltes in Abhängigkeit von der Wellenlänge sowie einer in der Nähe eines Monochromatorspaltes im Strahlengang angeordneten Linse, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse in Abhängigkeit von der Wellenlänge um eine zum Lichteintrittsspalt parallele Achse schwenkbar gelagert ist.
2. 2. Monochromator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kupplung zwischen dem Verstellmittel des Dispersionsmittels und dem Schwenkmittel der Linse.
3. 3. Monochromator nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine der schwenkbaren Linse zugeordnete gerätefest angeordnete Linse.

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