RU2492434C1 - Многоканальный высокоэффективный кр-спектрометр - Google Patents
Многоканальный высокоэффективный кр-спектрометр Download PDFInfo
- Publication number
- RU2492434C1 RU2492434C1 RU2012102441/28A RU2012102441A RU2492434C1 RU 2492434 C1 RU2492434 C1 RU 2492434C1 RU 2012102441/28 A RU2012102441/28 A RU 2012102441/28A RU 2012102441 A RU2012102441 A RU 2012102441A RU 2492434 C1 RU2492434 C1 RU 2492434C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diffraction grating
- slit
- diameter
- ccd
- concave mirror
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области оптического приборостроения и предназначено для регистрации спектров комбинационного рассеяния (КР) света газовых сред. Многоканальный высокоэффективный КР-спектрометр содержит входную щель, находящуюся в фокусе входного вогнутого зеркала, оптически связанного с плоской дифракционной решеткой и ПЗС-матрицей. При этом между дифракционной решеткой и ПЗС-матрицей установлен объектив с исправленными аберрациями, причем диаметр его входного зрачка не меньше диаметра входного вогнутого зеркала. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения чувствительности спектрометра. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области оптического приборостроения и предназначено для регистрации спектров комбинационного рассеяния света (КРС) газовых сред.
Измерение слабоинтенсивных спектров, к которым относятся спектры КРС газовых сред, является достаточно актуальной задачей. Основной трудностью при проведении газоанализа методом спектроскопии КРС является крайне малая интенсивность сигнала КРС. Решение этой проблемы достигается разработкой специализированного спектрометра, обеспечивающего высокоэффективное преобразование рассеянного света в электрический сигнал многоканального фотоприемника, при этом важнейшей характеристикой спектрометра является соотношение сигнал/шум на выходе фотоприемника. Кроме того, желательно, чтобы данное устройство регистрировало широкий спектральный диапазон, было компактным, недорогим и сохраняло высокое качество спектра КРС.
На сегодняшний день наиболее перспективными многоканальными фотоприемниками являются ПЗС-матрицы, которые позволяют значительно сократить время регистрации спектра, по сравнению с одноканальным фотоприемником (например, ФЭУ). К сожалению, известные спектрометры не оптимизированы на использование многоканальных фотоприемников и, соответственно, не обеспечивают максимально возможное соотношение сигнал/шум на выходе ПЗС-матрицы.
Известна оптическая схема, содержащая входную щель, два вогнутых зеркала, плоскую отражательную дифракционную решетку и многоэлементный детектор (патент РФ №2375686, МПК G01J 3/00 10.07.2007 г.).
Основным недостатком данной схемы является низкий уровень полезного сигнала на выходе многоэлементного детектора, обусловленный неэффективной передачей на него изображения щели в масштабе 1:1.
Наиболее близким по принципу действия является спектральный прибор, выполненный по схеме Черни-Турнера (James J.F. On the design of Czerny-Turner charge-coupled device spectrographs // J. Mod. Opt., 1994, V.41, №10).
Устройство содержит входную щель, два вогнутых зеркала, плоскую отражательную дифракционную решетку, ПЗС-матрицу и фокальный уменьшитель (focal reducer) расположенный в фокальной плоскости выходного зеркала. Особенностью данной схемы является сжатие изображения входной щели и его фокусировка фокальным уменьшителем на плоскость ПЗС-матрицы.
Основным недостатком данного спектрального прибора является большое количество оптических элементов увеличивающих его стоимость и размеры.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, являются повышение компактности устройства, обеспечение широкого спектрального диапазона, а также улучшение соотношения сигнал/шум, за счет уменьшения изображения щели на выходе. Технический результат - повышение чувствительности спектрометра и удешевление его конструкции.
Указанный результат достигается тем, что многоканальный высокоэффективный КР-спектрометр, так же как и прототип, содержит щель, находящуюся в фокусе входного вогнутого зеркала, которое оптически связанно с плоской дифракционной решеткой и ПЗС-матрицей.
В предлагаемом изобретении между дифракционной решеткой и ПЗС-матрицей установлен объектив с исправленными аберрациями, фокусное расстояние которого равно
, где fmir - фокус зеркала, pix - площадь пикселя ПЗС, slit - площадь входной щели,
причем диаметр его входного зрачка не меньше диаметра входного вогнутого зеркала.
На чертеже приведена оптическая схема предлагаемого спектрометра.
Устройство содержит входную щель 1, вогнутое зеркало 2, плоскую отражательную дифракционную решетку 3, выходной объектив 4, ПЗС-матрицу 5.
Устройство работает следующим образом.
Свет, источником которого является входная щель 1, расходящимся пучком попадает на вогнутое сферическое зеркало 2, которое отражает его в виде параллельного пучка на плоскую отражательную дифракционную решетку 3. От данной решетки, дифрагированные монохроматические пучки света из 1-го порядка дифракции попадают на расположенный вдоль направления его распространения выходной объектив 4, который фокусирует их на плоскость ПЗС-матрицы 5. Исходя из того, что, как правило, размер пикселя меньше размера щели, то в силу соотношения
размер изображения щели будет уменьшен до размера пикселя, что является идеальным вариантом для получения высокого разрешения. Кроме того, для регистрации широкого спектрального диапазона диаметр входного зрачка объектива выбран не менее диаметра входного вогнутого зеркала.
Установка выходного объектива кроме повышения компактности спектрометра влечет за собой следующие преимущества. Самой дорогой частью высокочувствительных спектрометров является ПЗС-матрица, стоимость которой, в свою очередь, зависит от размера. Уменьшение же размера изображения щели на выходе позволяет использовать ПЗС меньшего размера. Кроме того, это позволит повысить соотношение сигнал/шум, причем это увеличение, согласно формуле (1), пропорционально квадрату отношения фокусных расстояний входного зеркала и выходного объектива.
где SNR1(0), S1(0), σ1(0) - соотношение сигнал/шум, уровень сигнала, приходящийся на пиксель, уровень шума, приходящийся на пиксель для предлагаемой (общепринятой проецирующей изображение щели в масштабе 1:1) схемы соответственно, fmir - фокус зеркала, fobj - фокус объектива, pix - площадь пикселя ПЗС-матрицы, slit - площадь входной щели, P0 - мощность падающего излучения. В данной формуле σ1≈σ0, т.к. при малых величинах сигналов величина шумов определяется шумами самой ПЗС-матрицы и поэтому шумы для различных систем можно считать равными.
В качестве объектива с исправленными аберрациями в предлагаемом устройстве могут быть использованы любые фотообъективы, которые, в свою очередь, являются коммерчески доступными и отвечают предъявляемым требованиям по качеству.
Claims (1)
- Многоканальный высокоэффективный КР-спектрометр, содержащий входную щель, находящуюся в фокусе входного вогнутого зеркала, оптически связанного с плоской дифракционной решеткой и ПЗС-матрицей, отличающийся тем, что между дифракционной решеткой и ПЗС-матрицей установлен объектив с исправленными аберрациями, фокусное расстояние которого равно
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012102441/28A RU2492434C1 (ru) | 2012-01-24 | 2012-01-24 | Многоканальный высокоэффективный кр-спектрометр |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012102441/28A RU2492434C1 (ru) | 2012-01-24 | 2012-01-24 | Многоканальный высокоэффективный кр-спектрометр |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012102441A RU2012102441A (ru) | 2013-07-27 |
RU2492434C1 true RU2492434C1 (ru) | 2013-09-10 |
Family
ID=49155458
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012102441/28A RU2492434C1 (ru) | 2012-01-24 | 2012-01-24 | Многоканальный высокоэффективный кр-спектрометр |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2492434C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2544264C1 (ru) * | 2013-09-19 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) | Способ газоанализа природного газа |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2012067B (en) * | 1977-12-27 | 1982-02-24 | Ibm | Spectrophotometer |
SU1441208A1 (ru) * | 1987-03-27 | 1988-11-30 | Институт Спектроскопии Ан Ссср | Спектрограф |
US5329353A (en) * | 1991-02-07 | 1994-07-12 | Research Development Corp. Of Japan | High sensitive multi-wavelength spectral analyzer |
GB2362460A (en) * | 2000-05-19 | 2001-11-21 | William Howard Considine | Spectroscope |
-
2012
- 2012-01-24 RU RU2012102441/28A patent/RU2492434C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2012067B (en) * | 1977-12-27 | 1982-02-24 | Ibm | Spectrophotometer |
SU1441208A1 (ru) * | 1987-03-27 | 1988-11-30 | Институт Спектроскопии Ан Ссср | Спектрограф |
US5329353A (en) * | 1991-02-07 | 1994-07-12 | Research Development Corp. Of Japan | High sensitive multi-wavelength spectral analyzer |
GB2362460A (en) * | 2000-05-19 | 2001-11-21 | William Howard Considine | Spectroscope |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2544264C1 (ru) * | 2013-09-19 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) | Способ газоанализа природного газа |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012102441A (ru) | 2013-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7548313B2 (en) | Compact and rugged imaging Raman spectrograph | |
EP0498644B1 (en) | High sensitive multi-wavelength spectral analyzer | |
JP6513697B2 (ja) | 光干渉デバイス | |
US11788967B2 (en) | Apparatus for carrying out Raman spectroscopy | |
Allen et al. | Miniature spatial heterodyne spectrometer for remote laser induced breakdown and Raman spectroscopy using Fresnel collection optics | |
US11385101B2 (en) | High resolution and high throughput spectrometer | |
RU2492434C1 (ru) | Многоканальный высокоэффективный кр-спектрометр | |
CN113552090A (zh) | 一种基于微型扫描光栅微镜的近红外荧光光谱仪 | |
CN203465002U (zh) | 一种透射式光栅光谱仪 | |
US10451479B2 (en) | Multichannel ultra-sensitive optical spectroscopic detection | |
JP3796024B2 (ja) | 微弱発光分析装置 | |
Plaipichit et al. | Spectroscopy system using digital camera as two dimensional detectors for undergraduate student laboratory | |
CN207423365U (zh) | 光谱仪及光谱检测系统 | |
JP2005156343A (ja) | 分光装置及び分光装置用光学フィルタ | |
Ilchenko et al. | An apparatus for carrying out Raman spectroscopy | |
RU2583859C1 (ru) | Светосильный кр-газоанализатор | |
RU156170U1 (ru) | Кр-газоанализатор с улучшенной системой сбора рассеянного излучения | |
Mukhin et al. | Double-grating polychromator for laser-aided plasma diagnostics | |
CN108713135B (zh) | 一种光谱分析系统 | |
Sommer et al. | Raman microspectroscopy with a card-based spectrograph | |
CN216082493U (zh) | 一种高灵敏度拉曼光谱探测系统 | |
JP2749387B2 (ja) | 高感度顕微多波長分光装置 | |
CN109579991B (zh) | 一种基于异型浸入式光栅的超分辨偏振光谱成像装置 | |
Gasser et al. | Miniaturized time-resolved fluorescence spectrometer system | |
RU158242U1 (ru) | Спектрограф |