DE2730613C3

DE2730613C3 - Doppelmonochromator

Info

Publication number: DE2730613C3
Application number: DE2730613A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Wilhelm Fritz Dipl.-Phys. Dr. 7770 Ueberlingen Witte
Original assignee: Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
Current assignee: PE Manufacturing GmbH
Priority date: 1977-07-07
Filing date: 1977-07-07
Publication date: 1980-04-03
Also published as: DE2730613A1; GB2000603B; JPS5420749A; FR2396962B1; US4371263A; NL7806587A; JPS6132606B2; GB2000603A; DE2730613B2; FR2396962A1

Description

C(IS" '/

cns^J 7

lind

sin

Ill /

ι;

sin ·;

mit

s - auf das Beugungsgitter bezogene Gegenstandsweile der Lichtquelle oder des dem Gitter als Abbildungsgegenstand angebotenen l.ichtqucllcnbildcs

b - auf das Beugungsgitter bezogene Bildwcitc des vom Cutter entworfenen Lichtqucllcnbildes

m - Ordnung der Beugung und
k = Wellenlänge

ergebende fltldweite b bei Abtastung des gesamten Welleiilungenbereiches um nicht mehr als etwa s/w Inder!, wobei s die geometrische Breite des über Hohlspiegel (12) und Beugungsgitter (14) erzeugten Ijehiquellcnbildes und ω der Öffnungswinkel des bildscitigen LichlbUndels ist.

5. Doppelmonochromator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang ein von dem Wellcnlängcnantrieb (36, 40, 44) bewegtes Filterrad (34) vorgesehen isl, das über einen den Stellantrieb (4ö) bildenden Zahnriemen mit dem Beugungsgitter (14) gekoppelt ist.

l)ic KrHn(IiIiIg betrifft einen Doppelmonochromator nach dem Oberbegriff des l'alentanspriichs I.

Bei üblichen Gittermonochromatoren isl ein Eintrittsspalt in der Brennebene eines Hohlspiegels angeordnet. Eine Lichtquelle wird auf den Eintrittsspah abgebildet, und das durch den Eintrittsspalt einfallende Lichtbündel wird durch den Hohlspiegel parallel gerichtet. Das parallele Lichtbündel fällt auf ein Beugungsgitter, welches durch einen Wellenlängenantrieb um eine zu dem Eintrittsspalt parallele Achse verdrehbar ist. Das von dem Beugungsgitter zurückgeworfene, gebeugte Licht besteht aus parallelen Lichtbündeln der verschiedenen Wellenlängen, die unter verschiedenen, von ihrer Wellenlänge abhängigen Richtungen verlaufen. Der gleiche oder ein zweiter Hohlspiegel sammelt jedes dieser Lichtbündel in einem Bild des Eintrittsspaltes, das in der Ebene eines Austrittsspaltes erzeugt wird. In dieser Ebene entsteht somit aus den Spaltbildern ein Spektrum, aus welchem der Austrittsspalt e'n enges Spektralband auswählt und durchläßt.

Durch Verschwenken des Gitters kann dieses Spektrum relativ zu dem Austrittsspalt seitlich verschoben und damit ein Wellenlängenbereich abgetastet werden. Die Verschwenkung erfolgt dabei über ein Sinusgetriebe, so daß der Sinus des Schwenkwinkels dem Slellweg des Wellenlangenantriebs proportional ist. wobei dieser Wellenlängenanlrieb auch den wellenlängeri'propo; Monalen Abszissenvorschub eines Schreibers bewirkt.

Duah ein Beugungsgitter wird bekanntlich in eine bestimmte Richtung nicht nur die erste Ordnung der Strahlung einer zugehörigen Wellenlänge λ gebeugt, sondern ebenso die /weite Ordnung der halben Wellenlänge λ/2. die dritte Ordnung der Dritten Wellenlänge A/3 usw. Die entsprechende Strahlung würde dann auch am Austrittsspalt überlagert austreten. Um das zu vermeiden, ist es üblich, dem Gitlermonochromator Filter vor/uschalten, welche die höheren Ordnungen hcrausfiltern. Bei der Wcllenlängenabta stung über einen größeren Wellenlängenbereich hinweg müssen dabei nacheinander mehrere Filter in den Strahlengang eingeführt werden. Diese Filter können in einem mit dem Wcllenlängenantrieb gekuppelten Filterrad angeordnet sein, das in den Strahlengang ragl Statt eines Fillers «ider eines Filterrades kann /ur Eliminierung der Höheren Ordnungen auch ein Prismenmonochromator vorgesehen sein, der v<m dem Wellen längenantrieb synchron mit dem Gitter monochromator angelrieben wird und nur ein Spektralband zu dem Eintrittsspalt des Gittermonochromators durchläßl. welches etwa gleich dem oder großer .ils das vom Giltermonochromalor durchgclassene Spcktralband ist. Solche Prismcnrnonochromaloren sind relativ aufwendig. Sie bedingen ein in dem jeweiligen Wellcnlangcnhc reich slrahlungsdiirchlässiges und dispergiercndes Pns mn. was in vielen Fällen die Verwendung hvgmskcipi scher Substanzen und ti. U. einen Wet hsel des Prism.is wahrend der Abtastung des Wellenlanpenhereiihes bedingt Die Verstellung der Prismen muH ii.il Ii empirisch ermittelten I nnkiionen der Wellenlänge erfolgen, was ebenfalls einigen Aiifw.md erfordert

liin weiteres Problem, das but MonuehrtimiiUircn auftritt, ist das Streulicht. Auf den tiintrittsspalt fällt bei einem einfachen Monochromator Licht verschiedener Wellenlängen, beispielsweise ein Kontiniium. Dieses Licht läuft nicht nur längs des idealen, theoretischen Strahlcngaiiges durch das Gerat, wobei nur ein definiertes Spcklralband durch den Aiistrilisspalt gelangen würde. Vielmehr gelangt mich ein gewisser Anteil des durch den f'iiitriltsspalt eingetretenen Lichts

durch Streuung od. dgl. auf anderen Wegen zum Austrittsspalt, so daß am Austriltsspalt außer dem gewünschten Spektralband auch ein Anteil anderer, unerwünschter Wellenlängen erscheint. Dieser Anteil kann möglicherweise zwar klein sein. Durch ungünstige Empfindlichkeitscharakteristiken mancher- photoelektrischer Empfänger, die am Rande des abgetasteten Wellenlängenhereichs eine steil abfallende Flanke haben, kann dadurch jedoch das Verhältnis von Strörsignal zu Nutzsignal in untragbarer Weise verschlechtert werden.

Es sind daher Doppelrnonochromatoren bekannt (B r ü g e I »Einführung in die Ultrarotspektroskopie« 1. Aufl. [1962] S. 131), bestehend aus einem als Gittermonochroniator ausgebildeten Vormonochromator und einem ebenfalls als Gitterrnonochromator ausgebildeten Hauptmonochromator. Vormonochromato;" und Mauptmonochromator sind dabei im wesentlichen übereinstimmend ausgebildet. Der Austnitsspalt des Vormonochromators bildet gleichzeitig den F.intritts spalt des Hauptmonochromalors. Die Beug mgsgitler beider Monochmmatoren liegen im parallelen Strahlengang und werden von dem Wellenlängenantrieb synchron über je ein .Sinusgetriebe angetrieben. Eine Lichtquelle wird, wie bei üblichen Monochromatoren. über einen Hohlspiegel juf den Eintrittsspall des Vormonochromators abgebildet. In diesem Strahlengang sit/t auch eine Filteranordnung zum Herausfiltern störender Ordnungen. Bei solchen Doppelmonochromatoren tritt aus dem Vormonochromator bereits im wesentlichen nur Strahlung aus einem engen Spektralband in den Hauplmonochmmator. Eine Streuung im Hauptmonochromalor erfolgt daher im wesentlichen nur von Strahlung, die sowieso in dem gewünschten Spektraiband liegt, so daß durch eine solche Streuung keine unerwünschten Wellenlängen auf den Austrittsspalt des Hauptmonochromators gelangen können. Bekannte Doppelmonochromaloren haben rcliitiv große Abmessungen und sind aufwendig und teuer.

Fs ist auch bekannt, zwei Gitlermonochromatoren zur Unterdrückung höherer Ordnungen hintereinander zuschalten, wobei der eine Gittermonochmmatui in einer von dem anderen verschiedenen Ordnung arbeitet. Dabei wird die durch die höhere Ordnung bedingte hohe Auflösung des einer Monochromator kombiniert mit dem großen freien Spektralbereich des anderen (Jjmes und Slernbcrg »The Design of Optical Spektrometer«, Verlag Chapman and Hall Ltd. London [l%9],Scitc59).

lici d<eser bekannten Anordnung handelt es sich um das schon oben erörterte Problem der Unterdrückung höherer Ordnungen Fs wird dabei besonder.· Sorgfall auf die optische Anpassung der beulen Monochromatoren verwandt, w jJurch auch eine solche Anordnung relativ aufwendig wird.

Der f ι findung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Doppelmonochrcmator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I eine Vereinfachung des Aufbatis und der Einstellung des Vormonoihromalors sowie cmc raumsparende Anordnung zu erreichen, wobei jedoch trotzdem nahezu die gleiche Strculichtuntcrdrückung erfolgt wie bei vorbekannlcn, wesentlich aufwendigeren Geräten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs I angegebene Maßnahme gelöst.

Die Wahl der spektrufen Bandbreite bringt für sich schon eine Vereinfachung und/oder Verkleinerung des Voniionochromators, beispielsweise diulurch, dali fur den Vormonochromator ein verglichen mit dem Hauptmonochromator relativ grobes Beugungsgitter benutzt werden kann, dessen Gitterkonstante etwa um einen Faktor 10 größer als die des Beugungsgitters des Hauptmonochromators ist. Es können auch die Objektiind Bildweiten, d. h. die Abstände zwischen Lichtquelle oder Lichtquellenbild und Gitter bzw. zwischen Gitter und Eintrittsspalt des Hauptmonochromators klein im Vergleich zu vorbekannten Geräten gewählt werden, was ebenfalls wie die Vergrößerung der Gitterkonstan ten zu einer Verbreiterung der spektralen Bandbreite des Vormonochromators führt und zusätzlich dessen Abmessungen verringert. Durch die Wahl der großen Bandbreite wird es möglich, das Beugungsgitter über einen im wesentlichen linearen Siell'.rieb zu verstellen, da die genaue Synchronisation der Gitterschwenkwinkel von Vor und Hauptmonochromalor weniger kritisch ist als bei den vorbekannten Geraten. Außerdem ist dem abgetasteten Vv>.!lenlängenbereii.h bei dem gedrängteren Spektrum des Vormonochroma tors im wesentlichen ein Bereich von Gilterschwenk winkeln zugeordnet, in welchem die Sinusfunktio" recht gut durch eine lineare Funktion angenähert werden kann. E·..·» ergibt sich auf diese Weise ein Doppelmonochromator, der nicht größer und nicht wesentlich aufwendiger ist als ein einfacher Gittermonochromator. Fs h.it sich aber gezeigt, daß ein solcher vereinfachter Doppelmonochromator hinsichtlich Auflösung und Unterdrückung von Streustrahlung vorbekannten, wesentlich aufwendigeren Geräten nicht wesentlich nachsteht.

Die vorerwähnte L.iteraturstelle lames und Steinberg enthält keine Hinweise darauf, einen linearen Gitterantrieb vorzusehen. Sie verweist vielmehr ausdrücklich auf die Notwendigkeit einer genauen optischen Anpassung der Monochromatoren. Es wird daher durch diese Literaturstelle keine Anregung dazu vermittelt, einen linearen Stelltrieb für den Vorzerleger vorzusehen, und es wird nicht die Erkenntnis vermittelt, daß eine große Bandbreite des Vorzerlegers in Verbindung mit einem solchen linearen Stelltrieb für dessen Gitter einen Monochromator von im wesentlichen de·· gleichen Leistungsfähigkeit wie bei herkömmlicher Bauart ergäbe.

Weiterbildungen der Fahndung sind Gegenstand der I Interansprüche.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausfüh rungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert:

Fig. I zeigt scheniiKisch eine Draufsicht auf eir.ui Doppelmonochromator.

F ι g. 2 zeigt einen Strahlengang /ur Frläiiicrung eines Aspekts der Erfindung.

In Fig I ist mn IO eine Lichtquelle bezeichnet, die ^: irch einen sphärischen Hohlspiegel 12 über cm ['■eugungsgitter 14 auf den Finlritlsspali 16 eines Hauptmonochroimilors 18 abgebildet wird Der Haupt monochromator 18 enthält einen Kollimatorspiegel 20. in dessen Brennebene der Eintrittsspalt 16 liegt. Der Kollimatorspiegcl 20 erzeugt ein einfallendes t'arallellichtbündcl 22, das auf ein Beugungsgitter 24 fällt. Das Beugungsgitter 24 wirft für jede Wellenlänge ein gebeugtes l'arallelll· htbUndel 26 zurück. Normalerweise würde von den Beugungsgitter ein Kontinuiim von gebeugten Pnrallellichlbündeln in verschiedene von der jeweiligen Wellenlänge abhängige Richtungen ztiiack geworfen. Durch den Vormoiiochroniator. der generell

mit 28 bezeichnet ist, wird aus diesem Kontinuum jedoch schon ein relativ schmales Spcktralband ausgesondert. Die gebeugten Parallellichtbündcl fallen wieder auf den Kollimatorspiegel 20, und dieser erzeugt aus den Parallellichtbündeln 26 über einen Planspiegel 30 ein aus Bildern des Einlrillsspaltcs 16 bestehendes Spektrum in der Ebene eines Austrillsspaltcs 32.

In den divergenten Strahlengang des Vormonochromalors 28 zwischen Lichtquelle 10 und Hohlspiegel 12 taucht ein P'ilterrad 34 ein. Dieses Filterrad 34 ist mit einem Wellenlängenantrieb 36 gekuppelt. Mit dem Filierrad 34 ist wiederum das um eine Achse 38 vei'schwenkbare Beugungsgitter 14 über einen in der Figur durch eine gestrichelte Linie angedeuteten linearen Stelltrieb 40 in Form eines Zahnricmcns gekuppelt. Mit dem Wellenlängenantricb 36 ist weiterhin das Beugungsgitter 24 des Hauplmonochromotors

ισ, Uiaa um eine rteiiae ta VLiat.ittTLiii\uai ijt, uuei einen Sinustrieb 44 gekuppelt, so daß der Sinus des Schwcnkwinkels proportional der vom Wellenlängenantrieb 36 vorgegebenen Wellenlänge wird. F.in solcher Sinustrieb, der an sich bekannt ist, kann eine nach Maßgabe der Wellenlänge verdrehbare Spindel enthalten, auf der eine geradgeführle Mutler sitzt. Ein mit dem Beugungsgitter 24 verbundener Hebel liegt kraftschlüssig an einer Planfläche der Mutter an.

Das Beugungsgitter 14 des Vormonochronialors 28 hat einen CJiiterabstand g von 1/144 Millimeter, Während das Beugungsgitter 24 des Hauptmonochromators 18 einen Gitterabstand von 1/1440 Millimetern besitzt.

Das Beugungsgitter 14 besitzt unter den gegebenen Umständen, wie schon erwähnt. AbbiJdungscigenschaften. Bezeichnet man mit:

a die Gegenstandsweile der Lichtquelle, d. h. den Abstand Lichtquelle-Beugungsgitter, wobei a bei Anordnung des Beugungsgitters im konvergenten Strahlengang negativ und dem Betrag nach gleich dem Abstand zwischen Beugungsgitter und dem virtuellen Lichtquellcnbild im einfallenden Bündel hinter dem Beugungsgitter ist.

b die Bildweite.d. h.den Abstand Beugungsgitter-Lichtquellenbild, wobei b bei Anordnung des Beugungsgitters im divergenten Strahlengang negativ und dem Betrag nach gleich dem Abstand zwischen dem Beugungsgitter und dem rückwärtigen virtuellen Lichtquellenbild im ausfallenden Bündel hinter dem Beugungsgitter ist.

q den Einfallswinkel der Bündelachse zur Gilternormalen.

ij· den Ausfallwinkel der Bündelachse.
β den Winkel zwischen einfallendem und ausfallendem Strahl.

\ den Gitterschwenkwinkel und

/ die formale Brennweite des als Plangitter ausgebildeten Beugungsgitters,
dann ergibt sich:

h -

COS" I₁ COS" · - COS"

bei β = 20" und ψ<φ folgende Abbildungsvcrhällnissc pn\:

Tabelle I
-, AbbildungsverhäUnisse|6/i7|

Unter Berücksichtigung der vorgenannten Gleichungen ergeben sich für die verschiedenen Wellenlängen λ und Beugungsgitier mn g = 1/144 mm bzw. 1/1440 mm

Jlnml	A= I/1440 mm	g- 1/144 mn
200	1,110	1,010
400	1.241	1,021
600	1.412	1,031
800	1.668	1,042

Bei einem feinen Beugungsgitter, wie es für den Hauplmonochromator 18 verwendet wird, ändert sich das Abbildungsverliältnis im Spektralbcrcich von 200

einem Abstand von 100 Millimeter um 50 Millimeter Damit wäre eine Abbildung der Lichtquelle auf dem Eintrittsspall des Hauptmonochromators über den gesamten Wellcnlängcnbercich hinweg nicht mehr gewährleistet. Bei einem groben Beugungsgitter, wie es tatsächlich als Beugungsgitter 14 für den Vormonochromator 28 vorgesehen ist. tritt nur eine Änderung des Abbildungsverhältnisses um etwa 3% ein. im obigen Beisp^:'.l also um 3 Millimeter.

Der absolute Betrag der axialen Bildverschiebung läßt sich auch dadurch verringern, daß man die Gegenstandsweile a und damit auch die Bildweite b verkleinert. Es ist also hinsichtlich der axialen Verschiebung nicht unbedingt erforderlich, das Gitlcr sehr grob zu gestalten. Selbst ein dem Hauplgitter gleiches Gitter wäre grundsätzlich nicht ausgeschlossen. Vorzugsweise wird man aber beide Maßnahmen geeignet kombinieren, also ein gröberes Gitter verwenden und kleine Abstände a und b wählen.

In Fig.2 ist die Erzeugung eines Lichtqucllcnbildes der Breite s durch ein Lichtbündel mil einer Pupille der Breite B veranschaulicht. Das Lichtqiicllenbild liegt im Abstand b von der Pupille, d. h. dem Beugungsgitter 14. Rechts und links von dem Lichtquellcnbild s. d. h. axial vor und hinter diesem, erkennt man zwei schraffiert dargestellte Gebiete der Tiefen αί und X2 die von allen Punkten der Pupille her ausgeleuchtet werden und innerhalb derer praktisch die volle Bestrahlungsstärke wie im Lichtquellenbild s selbst herrscht. Außerhalb dieser »Kernlichlgebiete« sinkt die Bestrahlungsstärke zum Bündelrand hin bis auf Null ab. Die Bildweite b sollte sich bei der Abtastung des Wellenlängenb /eiches nur so weit ändern, daß der Eintriltsspalt 16 stets immer noch in diesen Kernlichtgebieten liegt.

Für die Tiefen Ai und A^ ergibt sich quantita liv

s-b B + s

s-h

B - s

Für die Tiefe xj + A^ des gesamten Kernlichtgebietes kann man näherungsweise schreiben

X₁ -t V₂ =

2sb B

t»i i)cr öffnungswinkel ·, des Bündels ist

Damit ergibt sich

.χ ι + .X₂ =

(7)

Die Änderung der Bildweite b während der Wellenläingenabtastung sollte kleiner als dieser Wert fein, was nach Tabelle 2 für ein grobes Beugungsgitter erfüllbar ist.

Die vorsiehenden Gleichungen (I) und (2) und Tabelle 1 beziehen sich auf Abbildungsverhällnisse, die sich nus achsnahen Strahlen ergeben. Für achsferne Strahlen, die mit der Bündelachse einen endlichen Winkel Δψ im einfallenden und Δψ im ausfallenden Bündel einschließen, ergibt sich

cos'

(8)

Der Zusammenhang zwischen Δψ und Δψ ergibt sich

sin (7·

21)

wobei A die Wellenlänge und m die Gitterordnung bezeichnet. Fur β — 20° und die Randslrahlcn mil Δψ = -5° und Δψ = +5° sowie die Bündelachsc Δψ = 0 ergeben sich die folgenden Abbildungsverhältnisse bei den beiden Beugungsgittern mit g — \l 1440 mm und g — 1/144 mm:

Tabelle 2

Abbildungsverhällnisse |b/a\ bei endlicher BündcIöfT-nung und g = 1/1440 mm

-l[nm]	A φ = -5°	Αφ=0	A φ = +5°
200	1,095	1,110	1,125
400	1,208	1,241	1,276
600	1,354	1,412	1,474
800	1.569	1.668	1.774

Tabelle 3

Abbildungsverhältnisse |b/a\ bei endlicher BündelölT-hung und g = 1/144 mm

i[nml	A φ = -5°	A₉-O	1,012
200	1,009	1,010	1,024
400	1,018	1,021	1,036
600	1,027	1,031	1,048
800	1,037	1,042

-τ- = — COS ψ

α ψ πι

(10)

65

und für die Lineardispersion bei einem Abbildungsverhältnis 1 :1 durch den Hohlspiegel 12:

ci.x

cos

wobei * Wegstrecke In der Ebene des Eintrillsspalics 16 "1 senkrecht zu der Spallrichlung bedeutet. Es ergeben sich etwas unterschiedliche Zahlcnwerte je nachdem* ob i/Kcjp oder ψχρ ist. Für das grobe Beugungsgitter mit g = 1/144 mm und β = 20° ergibt sich:

1« Tabelle 4

Winkeldispersion ι\λ/(ίψ [nm/rad]

I)

,.[nm]	ψ<φ	6589
200	6942	6187
400	6893	5617
600	6675	4842
800	6252

Der Fall ψ<ψ ergibt eine bessere Konstanz der

Dispersion über den ganzen Spektralbercich. Für b = 100 mm liefert ein Lichtqucllcnbild von 1mm Breite eine spektrale Bandbreite zwischen 69 nm und 63 nm.

Der Drehwinkcl α des Beugungsgitters 14 ist bei dem groben Beugungsgitter mit g = t/144 mm nur klein. Er ändert sich für Wellenlängen zwischen 200 nm und JU 800 nm zwischen 0,9° und 3,4". Es muß dafür gesorgt werden, daß das relativ scharfe Maximum der Wirkungsgrad-Kurve (»Efficiency-Kurve«) des Beugungsgitters 14 in diesem Bereich liegt.

Für den Hauptmonochromator 18 gilt hinsichtlich des Schwenkwinkels des Beugungsgitters 24:

sin \ =

(12)

2 R cos ^

Das Dcugungägiiier 14 wifu «Jagegen linear mit uer von dem Wellenlängenanlrieb 36 vorgegebenen Wellenlänge λ verschwenkt. Es ist also

= Γ + D

(13)

Die Randstrahlen haben im Vergleich zu den Wellenlängen einen verhältnismäßig geringen Einfluß auf die Abbildungsverhältnisse. Bei dem hier besonders günstigen groben Beugungsgitter liegt die Abweichung bei 800 nm um 1 %, bei 200 nm sogar um 03%. Diese »Abbildungsfehler« sind daher zu vernachlässigen.

Für die Winkeldispersion des Vormonochromators 28 gilt:

Infolgedessen liefert der Vormonochromator 28 eine von λ etwas abweichende Wellenlänge λ' als Schwerpunkt seines Spektralbands, wobei aber λ stets innerhalb dieses Spektralbandes mit der oben angegebenen Bandbreite liegt. Wählt man Cund D so, daß an den Enden des Wellenlängenbereiches λ = λ' wird, dann erhält man für β = 20°:

Tabelle 5
Wellenlängenabweichung λ' — /![nm]

200
300
400
500
600
700
800

0,00
0,05
0,09
0,14
0,13
0,09
0.00

Diese Wellenlängenabweichung läßt sich noch halbieren, wenn man Cund D so wählt, daß sich an den Enden des Speklralbereiches jeweils eine geringe negative Abweichung zeigt.

Die obigen Betrnchtungen und Berechnungen zur > Wellenlängenabweichung A' -A und zur axialen Bildversehiebung innerha'ii des Kernlichtgebiets bleiben auch dann unverändert gültig, wenn das Gitter im divergenten Strahlengang angeordnet ist und also die errechneten Abweichungen und Verschiebungen zunächst im in virtuellen Bild entstehen. Die reelle Abbildung auf den Haupleintrittsspalt durch den Spiegel 12 ändert nichts an den Ergebnissen (soweit die axiale Verschiebung dadurch verändert wird, verändert sich auch im gleichen Verhältnis die Länge des Kernlichtgebiets). Im Gegen- Ii satz zur Fig. I sitzt dabei das Gitter 14 nicht zwischen Spiegel 12 und Spalt 16, sondern zwischen Lichtquellenbild IO und Spiegel 12. Auch die spektrale Bandbreite bleibt unverändert. Lediglich die Lineardispersion in der Ebene des Haupteintrittsspalts und damit auch die m geometrische Breite des Lichtquellenbildes in dieser Ebene werden vom Abbildungsverhältnis des Spiegels 12 beeinflußt, wobei dieses Abbildungsverhältnis nicht mit dem Abbildungsvcrhältnis ^bla des Gitters verwechselt werden darf. Dieses geometrische Lichtquellenbild >■> muß möglichst breiter sein als der Haupteintrittsspalt, weil sonst der Haupteintrittsspalt selbst dann nicht immer voll ausgeleuchtet wird, wenn die Wellenlängenabweichung Α'—λ stets innerhalb der spektralen Bandbreite des Vormonochromators liegt. Diese Vor- jo aussetzung ist im allgemeinen schon bei einer 1 :1-Abbildung erfüllt.

Aus den vorstehenden Berechnungen ergibt sich:

I. Bei Verwendung eines relativ grob gerasterten i^r> Beugungsgitters 14 halt sich die wellenlängenabhängige Änderung der Bildweite selbst bei konvergentem Strahlengang am Beugungsgitter in tragbaren Grenzen. Der Eintrittsspalt 16 wird stets voll ausgeleuchtet.

2. Die »Abbildungsfehler«, die durch den endlichen Öffnungswinkel des Bündels hervorgerufen werden, sind vernacUlässigbar.

J. Die spektrale Bandbreite des Vormonochromators ist wesentlich größer, zwischen 69 nm und 63 nm, als die spektrale Bandbreite des Hauptmonochrom a to rs.

4. Die wellenlängenproportionale Verschwenkung des Beugungsgitters 14 führt nur zu solchen Abweichungen der Wellenlänge A' von der sich aus der Sinusverschwenkung des Beugungsgitters 24 ergebenden Wellenlänge A, daß A auf jeden Fall innerhalb der spektralen Bandbreite des Vormonochromalors 28 liegt.

5. Der beschriebene Doppelmonochromator ist wesentlich einfacher und kleiner als übliche Doppelmonochromatoren nach dem Stand der Technik. Er steht diesen in seiner Leistungsfähigkeit jedoch kaum nach.

Bei der beschriebenen Lösung ergeben sich Vereinfachungen verschiedener Art, die sich gegenseitig bedingen und möglich machen: Die vergrößerte Bandbreite des vereinfachten Vormonochromators ermöglicht die lineare Gitterverstellung und damit eine weitere Vereinfachung. Die vergrößerte Bandbreite des Vormonochromators gestattet weiterhin die Verwendung eines gröberen Beugungsgitters, und dieses gröbere Beugungsgitter kann wiederum in einem konvergenten oder divergenten Strahlengang angeordnet werden, ohne daß die wellenlängenabhängige Veränderung der »Schärfenebene« der über das Gitter im konvergenten oder divergenten Strahlengang erfolgenden Abbildung kritisch wird. Die vergrößerte Bandbreite des Vormonochromators bringt somit einerseits eine gewisse Unempfindlichkeit hinsichtlich der seitlichen Lage des vom Vormonochromator erzeugten Spektrums zum Eintrittsspalt und andererseits wird die Verlagerung des erzeugten Spektrums in Bündelrichtung unkritisch gehalten.

Hier/u 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Doppelmonochromator zur Monochromatisierung der Strahlung einer Lichtquelle, mit ι

a) einem Hauptmonochromator,

b) einem Vormonochromator,dereinen Hohlspiegel und ein ebenes Beugungsgitter sowie eine wesentlich größere spektrale Bandbreite besitzt als der Hauptmonochromator, und in

c) einem Wellenlängenantrieb zur synchronen Durchstimmung der beiden Monochromatoren,

dadurch gekennzeichnet, daß

d) der Wellenlängenantrieb (36, 40, 44) einen Stellantrieb (40) aufweist, der eine lineare π Verdrehung des Beugungsgitters (14) des Vormonochromators (28) mit der Wellenlänge bewirkt.

2. Doppelmonochromator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlspiegel (12) -'< > im Strahlengang vordem Beugungsgitter(14)derart angeordnet ist, daß er das Beugungsgitter mit einem konvergenten Lichlbündel beaufschlagt.

J. Doppelmonochromator nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter y> (14) im Strahlengang vor dem Hohlspiegel (12) angeordnet ist und den Hohlspiegel (12) mit einem divergenten Lichlbündel beaufschlagt.

4. Doppelmonochromator nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterkonstante g so und die Winkel φ und i/> zwischen der Gitternormalen und Einfalls- bzw. Ausfal...richtung der Bündelachse so gewählt sind. di.B ?ich die aus