DE2526454C3 - Spektrometer und Verfahren zur Untersuchung der spektralen Lichtzusammensetzung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein SISAM-Spekirometer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Haupttyp von Spektralgeräten, die gegenwärtig in der Spektroskopie verwendet werden, ist das Spaitspektrometer. jedes Spektrometer besteht im Prinzip aus einem Eintrittsspalt, der sich in der Brennebene eines Kollimators, der einen parallelen Lichtstrahl formiert, befindet, einem dispergierenden Element (Prisma oder Beugungsgitter), einem Austrittsobjektiv und einem Austrittsspalt, der in der Fokalebene des letzteren liegt und die Selektion des austretenden Lichtstromes nach den Wellenlängen gewährleistet (siehe zum Beispiel A. N. S a i d e I, G. V. O s t r ο ν s k y, Ju. I. Ostrowski »Technik und Praxis der Spektroskopie«, Verlag »Nauka«, Moskau, 1972).

Das Auflösungsvermögen und die Lichtstärke eines solchen Spektrometers hängen reziprok von der

ίο

Spaitbreite ab: Bei Verringerung der Spaltbreite vergrößert sich das Auflösungsvermögen, während die Lichtstärke abnimmt, und umgekehrt Da außerdem die Spaltbreite wegen der Diffraktionserscheinung nicht beliebig klein gemacht werden kann, entsteht die Notwendigkeit der Anwendung von Kollimatoren großer Brennweiten zur Ausnutzung des Auflösungsvermögens des dispergierenden Elementes. Deswegen liegen die Ausmaße der Spektrometer mittlerer Klasse zwischen 1,5 und 2 m, und die Geräte höherer Klassen erreichen eine Länge von 6 und mehr Metern.

Vor relativ kurzer Zeit sind zwei Typen grundsätzlich neuer spaltloser Spektrometer, die die Interferenzerscheinung ausnutzen, vorgeschlagen worden: das Fourier-Spektrometer und das Spektrometer mit selektiver Interferenz-Amplituden-Modulation (weiterhin SISAM). Die Anwendung dieser zwei Spektrometertypen bringt für die Spektroskopie wesentliche Vorteile: Erstens kann man die Lichtstärke der Spektrometer und demzufolge auch ihrö Empfindlichkeit um 2—3 Größenordnungen erhöhen; zweitens kann man um ebensoviel die Geschwindigkeit der Informationsentnahme erhöhen; und drittens kann man im Falle eines SISAM-Spektrometers das theoretische Auflösungsvermögen des dispergierenden Elementes praktisch bei beliebigen Brennweiten des Eingangskollimators und des Austrittsobjektivs ausnutzen, was es im Prinzip gestattet, die Ausmaße und das Gewicht der Spektrometer um das zehn- und hunderfache zu verringern.

Das Fourier-Spektrometer (siehe z.B. ). Co η η es; ]. Phys. Rad. 21,645[196O]) stellt ein Mischelson-Interferometer mit einem verstimmbaren Spiegel dar, der sich längs der Achsse des Interferometers in der Nähe der Nullage des Gangunterschiedes der interferierenden Lichtstrahlen bewegen kann. Der Hauptmangel der Fourier-Spektrometer liegt in der Notwendigkeit der maschinellen Entschlüsselung des zu registrierenden Signals. Außerdem ist es empfindlich gegenüber der Änderung der Intensität des zu registrierenden Lichtes in der Registrierzeit, das mechanische System der Verschiebung des beweglichen Spiegels ist recht kompliziert und empfindlich gegenüber mechanischen Störungen, und das Arbeits-Spektralintervall ist durch den Transparenzbereich der Unterlage des halbtransparenten Spiegels begrenzt.

Ein bekanntes SISAM-Spektrometer ist ein Zweistrahlinterferometer, dessen beide Arme dispergierende Elemente enthalten, die so angeordnet sind daß die Interferenz nur in der Nähe einer Wellenlänge beobachtet wird (vgl. Revue d'Optique [1959], Nr. 4, S. 157-201).

Das Interferenzverfahren der Selektion nach Wellenlängen wird durch periodische Änderungen des Gangunterschiedes der interferierenden Lichtstrahlen gewährleistet. Dabei wird eine Amplitudenmodulation des austretenden Lichtstrahls nur auf der interferierenden Wellenlänge beobachtet. Die Wechselkomponente des austretenden Lichtstrahls, die durch eine Empfangs-Meßschaltung registriert wird, ist der Lichtintensität auf der interferierenden Wellenlänge proportional.

Der Hauptnachteil aller früher bekannten SISAM-Anordnungen ist, daß zur Eichung und Benutzung des Gerätes eine Abstimmung von 7 bis 12 Freiheitsgraden verschiedener Elemente mit Interferenzgenauigkeit gewährleistet werden muß, d. h., die Winkel müssen mit einer Genauigkeit höher als 1 und die Verschiebungen bis auf Bruchteile der Wellenlänge eingehalten werden.

Daraus folgt daß sogar Präzisionsmuster der Geräte nur eine geringe statische und kinematische Stabilität gegen mechanische Störungen aufweisen; daß die Eichung der Geräte eine sehr komplizierte Operation darstellt; daß das Durchstimmsystem so kompliziert ist daß die Grenzen der Durchstimmung zur Zeit einige hundert Auflösungsintervalle übersteigen kann (für den sichtbaren Spektralbereich 10 Ä).

Außerdem ist der Spektralbereicii der meisten SISAM durch den Transparenzbereich der Lichtteilerspiegel begrenzt; in allen bekannten SISAM-Systemen ändern sich die Frequenz und die Phase des modulierten Signals beim Durchstimmen durch das Spektrum, d. h, sie gestatten nicht die Synchrondetektierung des Signals; die Modulationsfrequenz überschreitet nicht 100 Hz, was die Geschwindigkeit der Analyse stark begrenzt; auf Grund der Kompliziertheit der mechanischen Durchstimmsysteme besitzen die Geräte Maße und Gewichte wie Spaltspektrometer; der Preis der bekannten SISAM liegt weit höher als der Preis der Spaltgeräte.

Eines der SISAM-Systeme (siehe z. B. Rev. d'Opt. 34, 1 [1956]) benutzt die Eigenschaft der Beugungsgitter mit symmetrischem Strichprofil, um rechte und linke Diffraktionsanordnungen und gleicher Intensität zu geben. Diese symmetrischen Diffraktionsanordnungen werden zur Erzeugung der Interferometerstrahlengänge benutzt, die das SISAM-System bilden.

Dazu wird ein System von zwei oder drei Spiegeln benutzt, die die Strahlen der symmetrischen Ordnungen so auf das Gitter zurückwerfen, daß sie nach einer weiteren Diffraktion auf dem Gitter selektiv interferieren können. Dieses Spektrometer hat alle obengenannten Mängel.

Es ist weiterhin ein SISAM-System bekannt (z. B, aus dem sowjetischen Urheberschein Nr. 1 27 054), welches ein Diffraktionsgitter mit symmetrischem Strichprofil, einen zusätzlichen Spiegel, dessen reflektierende Oberfläche rechtwinklig zur Oberfläche des Diffraktionsgitters gelegen ist, und zwei schwenkbare Spiegel, die auf einer gemeinsamen Unterlage befestigt sind, welche sich um eine Achse drehen läßt, die durch die Mitte der Geraden geht, die die Zentren der schwenkbaren Spiegel verbindet, enthält. In diesem Spektrometer fällt der zu untersuchende Lichtstrahl rechtwinklig auf das Beugungsgitter und wird in zwei Lichtstrahlen (rechte und linke Diffraktionsordnung) mit vorgegebener Wellenlänge zerlegt. Der eine kehrt zum Beugungsgitter zurück, indem er autokollimativ von einem der durchstimmbaren Spiegel reflektiert wird, der andere kehrt zum Gitter zurück, indem er erst vom zusätzlichen Spiegel, dann autokollimativ vom zweiten durchstimmbaren Spiegel und wieder vom zusätzlichen Spiegel reflektiert wird. Nach der Rückkehr werden beide Strahlen in eine Richtung gebrochen und interferieren. Zur Modulation des Austrittslichtstrahles wird die Vor- und Rückwärtsbewegung des Zusatzspiegels ausgenutzt. Die schwenkbaren Spiegel sind so angeordnet, daß die Strahlen, die durch das Gitterzentrum verlaufen, einen Null-Gangunterschied besitzen.

Dieses Spektrometer hat alle obengenannten Mängel. Außerdem wird die Qualität der beschriebenen Konstruktion durch eine erhebliche Geschwindigkeit der Änderung der Interferenzordnung beim Durchstimmen durch das Spektrum und Vignettieren der Lichtstrahlen verringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein SISAM-Spektrometer anzugeben, welches ein einfaches Durchstimmen des Spektrums, eine stabile Modulation, eine hohe Störunanfälligkeit, sowie kleine Maße und Gewichte ermöglicht Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs genannten Gerät durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst

Das SISAM-System, das das erfindungsgemäße Prinz^:p verwirlicht hat eine hohe Standfestigkeit gegenüber mechanischen Störungen, ein einfaches

ίο Durchstimmittel und als Folge davon kleine Maße und ein geringes Gewicht

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 das gesamte Schema eines SISAM-SpektrometcTS,
F i g. 2 das optische Schema des Spektrometer der Fig. 1,

F i g. 3 die Darstellung einiger optischer Elemente des Spektrometers (Fig. 1) und den Strahlengang des Lichtes für zwei verschiedene Betriebsweisen,
F i g. 4 den Strahlengang im Spektrometer (F i g. 1) in

2") der parallel zu den Strichen des Beugungsgitters gelegenen Ebene,

F i g. 5 eine der Ausführungsvarianten des Zusatzspiegels (Längsschnitt) und teilweise das Beugungsgitter und

«ι Fig.6 das optische Schema einer anderen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Spektrometers.

Das SISAM-Spektrometer enthält eine Eintrittsapertur 14(Fig. 1),die sich im Gehäuse 2 befindet und in der Brennebene und auf der optischen Achse eines

s ι kollimierenden Mittels in Form einer Linse J liegt, die in einer Fassung 4 befestigt ist.

Zwischen der Linse 3 und der Eintrittsapertur 1 befindet sich ein halbtransparenter Spiegel 5, der in einer Fassung 6 befestigt und unter einem Winkel von

in 45° zur optischen Achse der Linse 3 angeordnet ist. Ein im Gehäuse 2 angebrachtes flaches Beugungsgitter 7 mit einem symmetrischen Sirichprofii 8, weiches die Arbeitsfläche des Gitters bildet, ist unbeweglich auf der Basis 9 befestigt.

4) Auf derselben Basis 9 ist in unmittelbarer Nähe vom Beugungsgitter 7 ein zusätzlicher Spiegel 10 unbeweglich angebracht, welcher einen piezokeramischen Kondensator mit Beschichtungen 11 und 12 darstellt, wobei die Beschichtung 11 die reflektierende Oberfl fläche (weiterhin die reflektierende Fläche 11) des zusätzlichen Spiegels 10 ist Beide Beschichtungen 11 und 12 sind mittels elektrischer Leiter, die durch das Gehäuse 2 mittels Isolatoren 14 gelegt sind, an einen Generator 13 angeschlossen, was in dem Buch

Yi »Spravotschnik Radioljubitelja Konstruktora« unter der Redaktion von R. M. M a I i η i η, Verlag »Energie«, Moskau 1973, beschrieben ist.

Der Zusatzspiegel 10 ist bezüglich des Beugungsgitters 7 so angeordnet, daß seine Reflexionsfläche 11

hi parallel zu den Strichen 8 des Diffraktionsgitters 7 und im Winkel von 90° zur Arbeitsfläche des Diffraktionsgitters 7 liegt, wobei die optische Achse der Linse 3 durch das Zentrum des Giticrs 7 verläuft

Ein ebenso im Gehäuse 2 untergebrachter einstücki-

bs ger schwenkbarer Spiegel 15 mit einer Reflexionsfläche 16 'st unbeweglich auf einer Basis 17 befestigt, die mittels einer in einer Mutter 20 gefülii ten Schraube 19 um eine Achse 18drehbarist Die Basis !7 wird mit Hilfe

einer Feder 21 fixiert.

Die Drehachse 18 (Fig. 2) des schwenkbaren Spiegels 15 ist parallel zu den Strichen 8 des Diffraktionsgitters 7 angeordnet.

Die Austrittsapertur 22 (Fig. 1) ist im Gehäuse 2 bezüglich des Spiegels 5 symmetrisch zur Eintrittsapertur 1 angeord"ei Hinter der Austrittsapertur 22, in der Brennebene der Linse 3, befindet sich eine Registriereinrichtung 23, in welcher ein Strahlungsempfänger 24 (z. B. Fotovervielfacher, der im Buch von A. N. S a u del, CV. Ostrowskaja, Ju. 1. Ostrowski »Technika und Praktika Spektroskopii«, Verlag »Nauka«. Moskau, 1972, beschrieben ist), ein selektiver Verstärker und ein Registriergerät 26, z. B. ein Oszillograph, hintereinandergeschaltet sind.

Als Modulationseinrichtung dient in der zu beschreibenden Ausführungsvariante des Spektrographen der Zusatzspiegel 10, und der halbtransparente Spiegel 5 (F i g. 2) dient als Einrichtung zur Trennung des zu untersuchenden eintretenden und austretenden Lichtstrahles 27 bzw. 28.

Die oben beschriebene SISAM-Konstruktion kann man auf zwei verschiedene Weisen betreiben.

Im einen Fall (a) fällt der zu untersuchende Eintrittslichtstrahl 27, indem er die Eintrittsapertur 1, den halbtransparenten Spiegel 5 und die Linse 3 passiert, auf das Beugungsgitter 7 und diffragiert in der rechten und linken Diffraktionsanordnung zu zwei Lichtstrahlen 29 und 30 mit einer gegebenen Wellenlänge-

Die Lichtstrahlen 29 und 30 gelangen auf das Beugungsgitter 7 zurück; der Strahl 29 nach Spiegelung an der Reflexionsfläche 16 des für beide Strahlen gemeinsamen schwenkbaren Spiegeis 15, und der Lichtstrahl 30 nach einer aufeinanderfolgenden Spiegelung an der Reflexionsfläche 11 des zusätzlichen Spiegels 10, an der Reflexionsfläche 16 des schwenkbaren Spiegels 15 und wieder an der Fläche 11.

Nach der Rückkehr werden beide Strahlen in einer Richtung in Form des zu untersuchenden Austrittslichtbündels 28 abgebeugt, sie interferieren miteinander, passieren die Linse 3, werden vom Spiegel 5 reflektiert, passieren die Austritlsapertur 22 und werden mit der Registriereinrichtung 23 registriert (F i g. 1), nach deren Angaben auf die Spektralzusammensetzung des zu untersuchenden Lichtes geschlossen wird.

Der zusätzliche Spiegel 10, der auch als Modulationseinrichtung dient, ändert periodisch den Gangunterschied der interferierenden Lichtstrahlen 29 und 30 (Fig. 2).

Im anderen Fall (b) fällt der zu untersuchende Eintrittslichtstrahl 27, indem er die Eintrittsapertur 1 (F i g. 1), den halbtransparenten Spiegel 5 und die Linse 3 passiert, auf das Beugungsgitter und diffragiert in der rechten und linken Diffraktionsordnung zu zwei Lichtstrahlen 31 und 32 (F i g. 3) mit einer gegebenen Wellenlänge (in der Zeichnung sind die Lichtstrahlen nach Fall (a) als Linie, die Lichtstrahlen nach Fall (b) gestrichelt eingezeichnet

Die zwei abgebeugten Lichtstrahlen 31 und 32 kehren zum Beugungsgitter 7 zurück (Fig. 1), wobei sie eine Reflexion von den zwei Reflexionsflächen 11 und 16 (F i g. 3) erfahren, wobei die Zahl der Spiegelungen des ersten und des zweiten Lichtstrahles 31 und 32 sich in zwei unterscheidet

In diesem Fall wird die Interferenz der Lichtstrahlen 31 und 32 ausgenutzt, die (2n+l) und (2/1+3) Reflexionen erfahren, wobei π eine Zahl der natürlichen Zahlenreihe, und im gegebenen konkreten Beispiel n= I ist; die Zahl der Reflexionen ist entsprechend für den Lior",strahl 31 gleich 3 und für den Lichtstrahl 32 gleich 5. So kehrt der Strahl 31 zum Beugungsgitter 7 zurück, indem er der Reihe nach von der Reflexionsfläche 16 des für beide Lichtstrahlen gemeinsamen schwenkbaren Spiegels 15, von der Reflexionsfläche 11 des Zusatzspiegels 10 und wiederum von der Reflexionsfläche 16 des schwenkbaren Spiegels 15 reflektiert wird, und der

ίο Strahl 32 kehrt auf dasselbe Beugungsgitter 7 zurück, indem er der Reihe nach von der Reflexionsfläche 11 des Zusatzspiegels 10, von der Reflexionsfläche 16 des schwenkbaren Spiegels 15 von der Reflexionsfläche 11, von der Reflexionsfläche 16 und wiederum von der Reflexionsfläche 11 gespiegelt wird. Nach der Rückkehr werden beide Lichtstrahlen 31 und 32 in einer Richtung in Form des zu untersuchenden Austrittslichtstrahles 28 abgebeugt, interferieren untereinander, passieren die Linse 3 (Fig. 1), werden von Spiegel 5 reflektiert,

2ü passieren die Ausgangsapertur 22 und werden von der Registriereinrichtung 23 registriert, nach deren Angaben auf die Spektralzusammensetzung des zu untersuchenden Lichtes geschlossen wird.

Durch die Bemessung schwenkbaren Spiegels 15 kann man entweder die Methode (a) zur Untersuchung der Spektralzusammensetzung des Lichtes verwirklichen oder die Methode (b). Die Durchführung der Methode (b) erlaubt es, den Abstand zwischen dem Zusatzspiegel 10 und dem schwenkbaren Spiegel 15 und

jo damit auch die Querabmessungen des Spektrometers zu verringern.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform des SISAM-Spektrometers ist die Reflexionsfläche 11 des Zusatzspiegels 10 (F i g. 1) unter einem Winkel von 90°

α zur Arbeitsfläche des Beugungsgitters 7 angebracht. Es kann jedoch mit Erfolg auch ein von 90° verschiedener Winkel verwendet werden.

Im Spektrometer ist das Beugungsgitter 7 (F i g. 4) so angebracht, daß der Lichtstrahl 33 der nullten

■»<· Diffraktionsanordnung nicht in die Austrittsapertur 22 fällt.

Bei einer anderen Ausführungsform des SlSAM-Spektrometers ist ein Zusatzspiegel 34 (F i g. 5) auf einer Basis 35 so befestigt, daß eine Möglichkeit der

« geradlinigen Bewegung in einer Halterung 36 mit Hilfe der Schraube 37 relativ zu dem Beugungsgitter 38 besteht.

Die Halterung 36 ist an einer gemeinsamen Basis 39, die Schraube 37 an einem Anschlag 40 der Basis 39

so befestigt.

Die Reflexionsfläche 41 des Zusatzspiegels 34 ist parallel zu Strichen 42 des Beugungsgitters 38 angebracht, das auf einer Basis 43 angebracht ist die ihrerseits auf der gemeinsamen Basis 39 befestigt ist.

In allen oben beschriebenen Ausführungsvarianten des Spektrometers ist erfindungsgemäß die Drehachse des schwenkbaren Spiegels parallel zu den Strichen des Beugungsgitters angeordnet Es ist jedoch eine Ausführungsvariante des Spektrometers möglich, bei der sich

μ die Drehachse 44 (F i g. 6) des einheitlichen schwenkbaren Spiegels 45 auf der Schnittlinie 46 der Ebene 47, in der die Reflexionsfläche 48 des Zusatzspiegels 49 liegt, mit der Ebene 50, in welcher die Arbeitsfläche des Beugungsgitters 51 liegt, die durch die Striche 52 dieses Gitters 51 gebildet wird, befindet

In dieser Figur ist durch das Bezugszeichen 53 die Reflexionsfläche des schwenkbaren Spiegels 45 und durch das Bezugszeichen 54 die Beschichtung des

Zusatzspiegels 49 bezeichnet; die anderen Bezugszeichen entsprechen F i g. 2.

Das Arbeitsprinzip des SISAM-Spektromeiers besteht in folgendem:

Der zu untersuchende Lichtstrahl 27 (Fig. 2 und 3) breitet sich nach wiederholter Diffraktion in Richtungen aus, die durch den Strichabstand 8 des Beugungsgitters 7 bestimmt werden. Dabei werden die Lichtstrahlen 29 und 30 abgebeugt, aber auch die Lichtstrahlen 31 und 32 (F i g. 3) mit einer gegebenen Wellenlänge in einer Richtung. Das bedeutet, daß die Abbildungen aller Punkte der Eintrittsapertur 1 (Fig. 1), die durch die Strahlen 29 und 30, und auch durch die Strahlen 31 und 32 (Fig.3) mit einer gegebenen Wellenlänge gebildet werden, in der Austrittsapertur 22 (Fig. 1) zusammenfallen.

Für Licht anderer Wellenlängen fallen die entsprechenden Punkte der Apertur 1 nicht zusammen. Das bedeutet, daß die Interferenz in der Austrittsapertur 22 selektiv auf der angegebenen Wellenlänge vor sich geht. Bei der periodischen Änderung des Gangunterschiedes der interferierenden Lichtstrahlen, welche mittels einer Vor-Rückwärtsbewegung der Reflexionsfläche 11 des Zusatzspiegels 10 beim Anlegen einer Spannung vom Generator 13 an denselben erzeugt wird, ändert sich die Intensität des austretenden Lichtstrahls 28 (F i g. 2 und 3) auf der gegebenen Wellenlänge periodisch. Die Strahlen des zu untersuchenden Lichts mit Wellenlängen, die nahe der gegebenen sind, passieren auch die Austrittsapertur 22 (F i g. 1), aber ihre Intensität ist nicht moduliert. Der zu untersuchende Lichtstrom, der vom Empfänger 24 der Registriereinrichtung 23 registriert wird, enthält eine Wechselkomponente, die vom Licht der gegebenen Wellenlänge gebildet wird, und eine konstante Komponente, die vom Licht anderer Wellenlänge, die ebenfalls die Austrittsapertur 22 passieren, gebildet wird. Die Wechselkomponente, die abgetrennt, durch den selektiven Verstärker 25 verstärkt und durch das Registriergerät 26 registriert wird, ist der Intensität des Lichtes nur auf der gegebenen Wellenlänge proportional; nach ihr wird auch auf die Spektralzusammensetzung des zu untersuchenden Lichtes geschlossen.

Bei der Drehung des schwenkbaren Spiegels 15 um die Achse 18 kommt es zur Durchstimmung durch das Spektrum. Weil die Lichtstrahlen 29 und 30 (F i g. 2) und 31 und 32 (Fig.2) parallel zueinander sind, und von einem einzigen Spiegel 15 (Fig. 1) gleichermaßen reflektiert werden, ändert sich die Interferenzordnung der angeführten Lichtstrahlen bei einer geradlinigen Bewegung des schwenkbaren Spiegels 13 nicht, und eine beliebige Drehung des einheitlichen Spiegels 15 ruft nur ein Durchstimmen durch das Spektrum oder eine Verschiebung des zu untersuchenden Austrittsstrahles 28 (F i g. 2 und 3) in der Ebene der Austrittsapertur 22 (Fig. 1) hervor. Das bedeutet, daß die Drehachse des schwenkbaren Spiegels 15 grundsätzlich beliebig im Raum angeordnet sein kann, und die Interferenzordnung wird nur durch das mechanisch feste System Beugungstitter 7 — Zusatzspiegel 10 bestimmt

Die Frequenz und die Modulationsphase hängen bei der zu beschriebenen erfindungsgemäßen SISAM-Konstruktion nicht von der Wellenlänge der interferierenden Strahlen 29 und 30 (Fig.2) und auch 31 und 32 (F i g. 3) ab, da eine Verschiebung der Reflexionsfläche 11 (Fig. 1) des Zusatzspiegels 10 auf eine Entfernung von einem Viertel des Abstandes zwischen den Gitter-Strichen zu einer Veränderung des Gangunterschiedes der interferierenden Strahlen um eine halbe Wellenlänge in jedem Punkt des durchstimmbaren Speklralbereichs führt. Das gestattet es, Methoden der Synchrondetektierung des zu registrierenden Signals anzuwenden.

Das Auflösungsvermögen des erfindungsgemäßen SISAM-Spektrometers ist nicht geringer als das Vierfache des theoretischen Auflösungsvermögens des

ίο verwendeten Beugungsgitters 7, da zum Diffraktionsgangunterschied der Lichtstrahlen 29 und 30,31 und 32 (F i g. 3) der geometrische Gangunterschied, der sich aus dem Abstand zwischen dem Diffraktionsgitter 7 und dem Zusatzspiegel 10 bestimmt, kommt, wobei die Vergrößerung des Abstandes das Auflösungsvermögen erhöht und die Lichtstärke verringert wird. Deswegen ist es zum Erreichen einer maximalen Lichtstärke vorteilhaft, den Zusatzspiegel 10 (F i g. 1) in unmittelbarer Nähe vom Beugungsgitter 7 anzubringen, d. h. mit minimalem Abstand.

Außerdem gestattet die Anbringung eines zusätzlichen geradlinig beweglichen Spiegels 34 (Fig.5), ein SISAM-Spektrumeter mit regulierbarem Auflösungsvermögen zu erhalten. Wenn die Drehachse des schwenkbaren Spiegels beliebig angeordnet ist, dann bewegen sich beim Durchstimmen die Lichtstrahlen, die vom Spiegel reflektiert werden, auf seiner Reflexionsfläche.

Weil die Drehachse 18 (F i g. 2), wie oben beschrieben, parallel zu den Strichen 8 des Beugungsgitters 7 gelagert ist, verringert sich die Verschiebung der Lichtstrahlen 29 und 30 und der Lichtstrahlen 31 und 32 (F i g. 3) auf der Reflexionsfläche des schwenkbaren Spiegels 15 (Fig. 2) parallel zu den Strichen 8 des Beugungsgitters 7.

Bei dem erfindungsgemäßen SISAM-System der F i g. 5 ist die Verschiebung der Lichtstrahlen 29 und 30 auf der Reflexionsfläche 53 des schwenkbaren Spiegels minimal.

Das erfindungsgemäße SISAM-Spektrometer hat eine hohe mechanische Störunanfäüigkeit, da die Qualität der Interferenz durch das mechanisch feste System aus Beugungsgitter und Zusatzspiegel bestimmt wird, in welchem nur die Parallelität der Reflexionsfläehe des Zusatzspiegels zu den Strichen des Beugungsgitters mit Interferenzgenauigkeit erforderlich ist, und das Durchstimmsystem in Form eines einheitlichen schwenkbaren Spiegels, der um eine beliebige Achse drehbar aufgestellt werden kann, ist in seiner Einfachheit einmalig.

Die Einfachheit des Durchstimmsystems und die Störunanfälligkeit gestattet es, Geräte mit bedeutend geringeren Maßen, Gewichten und Preisen zu konstruieren, als die bekannten SISAM-Systeme oder Spaltspektrometer.

Die Unabhängigkeit der Frequenz und der Modulationsphase von der Wellenlänge des Lichts gestattet bei der Registrierung die Anwendung von Methoden der Synchronerfassung, welche das Signal-Rausch-Verhält-

nis um mehr als 10⁴ anheben, und außerdem gestattet sie die Vergrößerung der Modulationsfrequenz bis auf hundert Kilohertz.

Außerdem kann das erfindungsgemäße SISAM-System aus das Licht nur reflektierenden Elementen hergestellt werden, welche in jedem Spektralbereich anwendbar sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. SISAM-Spektrometer mit einem ein symmetrisches Strichprofil aufweisenden Beugungsgitter zur Zerlegung eines einfallenden Lichtbündels in Teilstrahlenpaare aus Teilstrahlen jeweils gleicher Wellenlänge und Beugungsordnung, mit einer um eine zu den Gitterstrichen parallele Achse schwenkbaren Spiegelanordnung zur Reflexion eines Teilstrahls eines Teilstrahlenpaars zum Beugungsgitter, mit einem mit seiner Reflexionsfläche parallel zu den Strichen des Beugungsgitters ausgerichteten Zusatzspiegel, welcher zur Umlenkung des anderen Teilstrahls des einen Teilstrahlenpaars auf die Spiegelanordnung und nach Rückkehr von dieser auf das Beugungsgitter angeordnet und zur Modulation des Gangunterschieds zwischen den beiden Teilstrahlen ausgebildet ist, und mit einer Empfangs- und Auswerteschaltung zur Verarbeitung des aus der Überlagerung der beiden Teilstrahlen nach erneuter Abbeugung am Beugungsgitter entstehenden Interferenzsignals, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelanordnung aus einem einzigen, von beiden Teilstrahlen beaufschlagten schwenkbaren ebenen Spiegel (15; 45) besteht.

2. SISAM-Spektrometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzspiegel (34) bezüglich des Beugungsgitters (38) geradlinig verschiebbar ist.

3. SISAM-Spektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzspiegel (10) in unmittelbarer Nähe des Beugungsgitters (7) angeordnet ist.

4. SISAM-Spektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Drehachse (44) des schwenkbaren ebenen Spiegels (45) auf der Schnittlinie (46) der Ebene (47), in welcher die Reflexionsfläche (48) des Zusatzspiegels (49) liegt, mit der Ebene (50), in welcher die Arbeitsfläche des Diffraktionsgitters(51) liegt, befindet.

5. SISAM-Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der schwenkbare ebene Spiegel (15) und der Zusatzspiegel (10) derart bemessen und angeordnet sind, daß der eine Teilstrahl 2 n+1 und der andere Teilstrahl 2 η + 3 Reflexionen vor der Überlagerung erfährt, wobei η eine natürliche Zahl ist.