FR2577314A1

FR2577314A1 - Double monochromator

Info

Publication number: FR2577314A1
Application number: FR8501951A
Authority: FR
Inventors: Yves Dupont
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1985-02-12
Filing date: 1985-02-12
Publication date: 1986-08-14

Abstract

The monochromator is noteworthy in that the dispersive optical grating which it uses has two faces r1 and r2. The light from the white light source s is thus defracted twice and conveyed via mirrors and slits to an output f5 with high luminous output and a high degree of rejection of scattered light. This double monochromator is in particular useful for spectrofluorometry.

Description

Monochromateur double
La présente invention, qui a pour objet un monochromateur double, est relative de manière très générale à tous les domaines de recherches, par exemple physico-chimiques ou biochimiques, impliquant l'utili- sation de divers appareils d'analyse et/ou de mesure mettant en oeuvre une source de lumière monochromati- que.Double monochromator
The present invention, which relates to a double monochromator, relates very generally to all fields of research, for example physico-chemical or biochemical, involving the use of various analysis and / or measurement devices. using a monochromatic light source.

Plus précisément, l'invention est relative à ceux de ces domaines pour lesquels on doit mettre en oeuvre une telle source de lumière monochromatique qui présente simultanément les caractéristiques suivantes : etre intense, avoir un taux de réjection de lumière parasite très important, et avoir une longueur d'onde monochromatique ajustable de manière continue. More specifically, the invention relates to those of these fields for which such a monochromatic light source must be used which simultaneously has the following characteristics: being intense, having a very high stray light rejection rate, and having a continuously adjustable monochromatic wavelength.

De tels domaines sont, par exemple, ceux impliquant l'utilisation d'appareils de spectrophotométrite, de spectrographie, de spect rof luoromét rie, etc... Such fields are, for example, those involving the use of spectrophotometritis, spectrography, spectrofluorometry devices, etc.

Jusqu'à present, ces divers appareils comportent des sources de lumière monochromatiques, appelées monochromateurs, tous construits selon le même principe suivant 9 une source de lumière blanche émet un faisceau qui traverse une première fente et est refléchi par un premier miroir fixe vers un élément optique dispersif, tel qu'un prisme ou un réseau ; la lumière ainsi déviée ou diffractée par L'élément optique dispersif est alors focalisée par un second miroir fixe sur une seconde fente qui délivre ainsi en sortie un faisceau de lumière monochromatique. L'ajustement de la longueur d'onde est obtenu en faisant tourner llélément optique dispersif à l'aide d'un dispositif mécanique ou électromécanique de grande précision. Until now, these various devices include monochromatic light sources, called monochromators, all built according to the same principle according to 9 a white light source emits a beam which crosses a first slit and is reflected by a first fixed mirror towards an element dispersive optics, such as a prism or grating; the light thus deflected or diffracted by the dispersive optical element is then focused by a second fixed mirror on a second slot which thus delivers a monochromatic beam of light at the output. The wavelength adjustment is obtained by rotating the dispersive optical element using a mechanical or electromechanical device of high precision.

De tels monochromateurs simples permettent une sélection de la longueur d'onde désirée avec une efficacité mesurée par un taux de réjection des lon gueurs d'onde parasites de l'ordre de 10 3 à
Toutefois, un tel taux de réjection appariait comme insuffisant dans bon nombre de cas auxquels est relative l'invention, par exemple dans celui des appa rèils de spectrofluorométrie.Such simple monochromators allow a selection of the desired wavelength with an efficiency measured by a rejection rate of the parasitic wavelengths of the order of 10 3 to
However, such a rejection rate appeared to be insufficient in a good number of cases to which the invention relates, for example in that of spectrofluorometry devices.

La solution adoptée jusqu a présent consiste alors à disposer en série deux monochromateurs simples du type ci-dessus et à coupler mécaniquement ou électroniquement les réglages des différents éléments de ces deux monochromateurs. On obtient ainsi des taux de réjection de lumière parasite de L'ordre de 10 6 8 à 10 . The solution adopted so far then consists in placing two simple monochromators of the above type in series and in mechanically or electronically coupling the settings of the different elements of these two monochromators. Stray light rejection rates of the order of 10 6 8 to 10 are thus obtained.

Toutefois, si cette solution permet l'obtention de tels taux de réjection, indispensables dans de nombreux cas, elle présente les inconvénients suivants : - l'association en série de deux monochromateurs sim
ples constitue un ensemble très volumineux, - les dispositifs de couplage sont assez délicats et
rarement parfaits ; ils peuvent s'avérer non fiables
pour un usage prolongé ; ils sont d'un coût générale
ment assez élevé s'ajoutant à celui des deux mono
chromateurs simples, et - l'allongement du trajet optique passant par un nombre
doublé de surfaces réfléchissantes entrain une bais
se très sensible du rendement lumineux de l'associa
tion des deux monochromateurs simples.However, if this solution makes it possible to obtain such rejection rates, essential in many cases, it has the following drawbacks: - the association in series of two sim monochromators
ples constitutes a very bulky set, - the coupling devices are quite delicate and
rarely perfect; they may be unreliable
for prolonged use; they are of general cost
quite high added to that of the two mono
simple chromators, and - the lengthening of the optical path passing through a number
lined with reflective surfaces
very sensitive to the light output of the associa
tion of the two simple monochromators.

L'invention a précisément pour but de réali set un monochromateur qui ait un taux élevé de réjec tion de lumière parasite de l'ordre de 10 å à mais ne présente pas les inconvénients mentionnés cidessus. The object of the invention is precisely to produce a monochromator which has a high rate of stray light rejection of the order of 10 å to but does not have the drawbacks mentioned above.

A cet effet, l'invention a pour objet un monochromateur du type comportant une source de lumière, des fentes ajustables, deux miroirs fixes et un réseau optique dispersif rotatif, caractérisé en te que Ledit réseau comporte deux faces, que la premiére face est éclairée directement par la source de lumière à travers une première fente, que le premier miroir reçoit La lumière diffractée par cette première face et renvoie à travers une seconde fente vers le second miroir, que ce second miroir envoie cette lumière diffractée sur ta seconde face dudit réseau, et que la lumière diffractée une seconde fois par cette seconde face du reseau est dirigée vers une troisième fente constituant la sortie de la lumière monochro-matique du monochromateur. To this end, the subject of the invention is a monochromator of the type comprising a light source, adjustable slits, two fixed mirrors and a rotary dispersive optical network, characterized in that the said network has two faces, that the first face is lit directly by the light source through a first slit, which the first mirror receives The light diffracted by this first face and sends back through a second slit towards the second mirror, that this second mirror sends this diffracted light on the second face of said array , and that the light diffracted a second time by this second face of the network is directed towards a third slot constituting the output of the monochromatic light from the monochromator.

Selon un premier mode de réalisation, les faces du réseau comportent des rainures gravées mécaniquement. According to a first embodiment, the faces of the network have mechanically etched grooves.

Selon un second mode de réalisation, les faces du réseau sont constituées par un hologramme. According to a second embodiment, the faces of the network are constituted by a hologram.

Selon un premier type de réalisation, le monochromateur est caractérisé en ce que les deux faces du réseau optique dispersif rotatif sont planes et que les deux miroirs sont concaves. According to a first type of embodiment, the monochromator is characterized in that the two faces of the rotary dispersive optical network are planar and that the two mirrors are concave.

Selon un second type de réalisation, le monochromateur est caractérisé en ce que les deux faces du réseau optique dispersif rotatif sont concaves et que les deux miroirs sont plans. According to a second type of embodiment, the monochromator is characterized in that the two faces of the rotary dispersive optical network are concave and that the two mirrors are planar.

Selon une autre caractéristique, les deux faces du réseau sont parallèles. According to another characteristic, the two faces of the network are parallel.

Il est bien évident qu'un tel monochromateur double est, d'un point de vue optique, stritement équivalent à une association en série de deux monochromateurs simples et donc qu'il a un taux de réjection de lumière parasite de l'ordre de 10-6 å 10 8. It is quite obvious that such a double monochromator is, from an optical point of view, strictly equivalent to a series association of two simple monochromators and therefore that it has a stray light rejection rate of the order of 10 -6 to 10 8.

Par contre, du fait caractéristique qu' it comporte un réseau optique dispersif à deux faces, qui joue un rôle analogue à celui de deux réseaux à simple face et synchrones dans une association en série de deux monochromateurs simples, découlent les avantages suivants - le mode de sélection de la Longueur d'onde désirée
est simplifié au maximum puisqu'il ne met en oeuvre
qu'un seul dispositif de rotation d'un seul réseau
dispersif mais à deux faces, sans risque de dérêgle-
ment, - Le trajet optique de la lumière est simplifié et rac
courci en n'utiLisant qu'un nombre minimal de surfa
ces réfléchissantes, ce qui constitue un intéret cer
tain notamment dans l'ultraviotet, et - l'encombrement et Le cout d'un tel monochromateur
double sont réduits d'environ 5û par rapport à ceux
correspondant à une association conventionnetle en
série de deux monochromateurs simples synchronisés.On the other hand, from the characteristic fact that it comprises a two-sided dispersive optical network, which plays a role analogous to that of two single-sided and synchronous networks in a series association of two simple monochromators, the following advantages ensue - the mode for selecting the desired Wavelength
is simplified to the maximum since it does not implement
a single device for rotating a single network
dispersive but two-sided, without risk of disturbance
ment, - The optical path of the light is simplified and rac
shortened by using only a minimum number of surfa
these reflective, which is of interest cer
particularly in the ultraviotet, and - the size and cost of such a monochromator
double are reduced by about 5û compared to those
corresponding to a conventional association in
series of two simple synchronized monochromators.

Les caractéristiques et avantages d'un monochromateur double selon l'invention seront encore mieux compris à l'aide de La description suivante, faite en référence au dessin annexé, sur Lequel
- La figure 1 rappeLle schématiquement le principe commun de constitution de tous Les monochromateurs simples antérieurement connus, et
- les figures 2 et 3 représentent schématiquement deux types possibles de réatisation d'un monochromateur double selon l'invention.The characteristics and advantages of a dual monochromator according to the invention will be better understood with the aid of the following description, made with reference to the appended drawing, on which
FIG. 1 schematically recalls the common principle of constitution of all the previously known simple monochromators, and
- Figures 2 and 3 schematically represent two possible types of realization of a double monochromator according to the invention.

On se reportera donc d'abord à la figure 1 qui représente un monochromateur simple antérieurement connu. Celui-ci comporte une source de lumière blanche s envoyant, en passant par une première fente f1, un faisceau vers un premier miroir concave fixe m1. Celuici renvoie ce faisceau vers un réseau optique dispersif rotatif r à une seule face. Après diffraction sur le réseau r, le faisceau est renvoyé par un second miroir concave fixe m2 vers la fente f2 de sortie de lumière monochromatique du monochromateur simple. Reference is therefore first made to FIG. 1 which represents a previously known simple monochromator. This comprises a white light source sending, passing through a first slit f1, a beam towards a first fixed concave mirror m1. This returns this beam to a single-sided rotating dispersive optical network r. After diffraction on the grating r, the beam is returned by a second fixed concave mirror m2 towards the slit f2 of monochromatic light output of the simple monochromator.

C'est l'association en série de deux tels monochromateurs simples, avec synchronisation de leurs réglages, que L'invention se propose de remplacer par un seul monochromateur mais à deux faces. It is the series association of two such simple monochromators, with synchronization of their settings, that the invention proposes to replace with a single monochromator but with two faces.

La figure 2 donne le schéma d'un premier type de réalisation d'un tel monochromateur double. FIG. 2 gives the diagram of a first type of embodiment of such a double monochromator.

Ce monochromateur comporte une source de lu miére blanche s éclairant, à travers une première fente f3, la première face plane r1 d'un réseau double. La lumière diffractée ainsi une première fois est renvoyée vers un premier miroir concave m3. Celui-ci, à travers une seconde fente f éclaire un second miroir concave m4 qui renvoie la lumière diffractée vers la seconde face plane r2 du réseau double. La lumière monochromatique sort par une troisième fente f5. This monochromator comprises a source of white light illuminating, through a first slot f3, the first planar face r1 of a double network. The light thus diffracted for the first time is returned to a first concave mirror m3. This, through a second slot f illuminates a second concave mirror m4 which returns the diffracted light to the second plane face r2 of the double grating. Monochromatic light comes out through a third slit f5.

Selon un premier mode de réalisation, les ré- seaux r1 et r2 sont réalisés par gravure mécanique sur les faces planes. According to a first embodiment, the networks r1 and r2 are produced by mechanical etching on the planar faces.

Selon un second mode de réalisation, les réseaux r1 et r2 sont constitués d'un hologramme, selon les techniques connues de l'holographie. According to a second embodiment, the networks r1 and r2 consist of a hologram, according to the techniques known in holography.

La figure 3 donne le schéma d'un second type de réalisation d'un monochromateur double selon l'in- vention qui ne diffère du premier qu'en ce que le réseau double est à faces concaves et les miroirs sont plans. FIG. 3 gives the diagram of a second type of embodiment of a double monochromator according to the invention which differs from the first only in that the double network is with concave faces and the mirrors are planar.

Une utilisation préférentielle d'un tel monochromateur double consiste en son incorporation dans un appareil de spectrofluorométrie. IL sera alors, en particulier, très utile en biologie où Les analyses fluorométriques utilisent des échantillons faiblement fluorescents et souvent turbides. Toutes ces conditions exigent la mise en oeuvre d'un monochromateur de très bon rendement lumineux et dont le taux de réjection de lumière parasite est élevé. A preferential use of such a double monochromator consists in its incorporation in a spectrofluorometry apparatus. It will then, in particular, be very useful in biology where fluorometric analyzes use weakly fluorescent and often turbid samples. All these conditions require the use of a monochromator with very good light output and with a high stray light rejection rate.

Claims

1. Monochromator of the type comprising a light source, adjustable slits, two fixed mirrors and a rotary dispersive optical network, characterized in that said network comprises two faces (r1 and r2), that the first face (r1) is directly lit by the light source (s) through a first slit cl3), that the first mirror (m3) receives the light diffracted by this first face (r1) and sends it through a second slit (f4) to the second mirror (m4), that this second mirror (m4) sends this diffracted light on your second face (r2) of said network, and that the light diffracted a second time by this second face of the network is directed towards a third slot (fg) constituting the monochromatic light output from the monochromator.

2. Monochromator according to claim 1, characterized in that the faces of the networks have mechanically etched grooves.

3. Monochromator according to claim 1, characterized in that the faces of the network consist of a hologram.

4. Monochromator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the two faces (r1, r2) of the rotary dispersive optical network are planar and that the two mirrors (m3 and m4) are concave.

5. Monochromator according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the two faces of the network are parallel.

6. Monochromator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the two faces (r1 and r2) of the rotary dispersive optical network are concave and that the two mirrors (m3 and m4) are planar.