RU2611712C2 - Дифракционный полихроматор со скрещенной дисперсией - Google Patents
Дифракционный полихроматор со скрещенной дисперсией Download PDFInfo
- Publication number
- RU2611712C2 RU2611712C2 RU2015126334A RU2015126334A RU2611712C2 RU 2611712 C2 RU2611712 C2 RU 2611712C2 RU 2015126334 A RU2015126334 A RU 2015126334A RU 2015126334 A RU2015126334 A RU 2015126334A RU 2611712 C2 RU2611712 C2 RU 2611712C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- grating
- concave
- polychromator
- diffraction
- coefficient
- Prior art date
Links
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 11
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 6
- 102100025490 Slit homolog 1 protein Human genes 0.000 description 2
- 101710123186 Slit homolog 1 protein Proteins 0.000 description 2
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
- G01J3/1809—Echelle gratings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
- G01J3/24—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating using gratings profiled to favour a specific order
Abstract
Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается дифракционного полихроматора со скрещенной дисперсией. Полихроматор включает в себя входную щель, решетку эшелле, вогнутую дифракционную решетку - разделитель порядков, матричный приемник излучения. Дифракционная решетка эшелле выполнена вогнутой с переменным шагом нарезки. Коэффициент неравномерности определяется по формуле А=(COSβ2-COSβ1)/(SINβ2-SINβ1), где β1 и β2 - углы дифракции, соответствующие крайним положениям длин волн в строке, А=μ⋅R, где μ - линейная составляющая коэффициента неравномерности шага решетки, R - радиус кривизны вогнутой решетки. Технический результат заключается в повышении светопропускания устройства. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области технической физики, более конкретно к области спектрального приборостроения, а именно к дифракционным полихроматорам со скрещенной дисперсией, предназначенным для разложения в спектр анализируемого излучения. В таких полихроматорах спектр фокусируется на многоэлементных матричных приемниках излучения в виде ряда строчек, каждая из которых соответствует своему порядку спектра. Основным диспергирующим элементом является плоская дифракционная решетка-эшелле, имеющая значительный угол блеска и работающая в высоких порядках спектра, налагающихся друг на друга. Она обеспечивает высокую угловую дисперсию и, следовательно, высокую спектральную разрешающую способность. Для разделения налагающихся порядков спектра служит либо призма, либо вторая плоская дифракционная решетка, работающая в первом порядке спектра, с плоскостью дисперсии, перпендикулярной основной (Пейсахсон И.В. Оптика спектральных приборов, Л.: Машиностроение. 1975, с. 188). Помимо двух диспергирующих элементов такой полихроматор имеет коллиматорный и камерный объективы (зеркальный, либо линзовый), а также входную щель (диафрагму) и сам матричный приемник излучения. Такое значительное количество оптических деталей ограничивает использование полихроматора в вакуумной ультрафиолетовой (ВУФ) области спектра из-за низких коэффициентов отражения, а тем более пропускания оптических материалов и покрытий.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является полихроматор со скрещенной дисперсией, в котором в качестве разделителя порядков спектра и одновременно камерного объектива использована вогнутая сферическая дифракционная решетка (World Space Observatory UltraViolet (WSO-UV), http://www.wso- uv.org). Таким образом, число оптических элементов снижено с четырех до трех, что повысило светопропускание прибора, особенно в ВУФ области спектра. Избежать использования коллиматорного объектива можно, если заменить плоскую решетку-эшелле на вогнутую, работающую в высоких порядках спектра благодаря соответствующему значению угла блеска. Известно, что вогнутая дифракционная решетка при значительных углах дифракции обладает большими аберрациями, в частности астигматизмом. Последний не позволяет разделить строчки различных порядков спектра. Астигматизм вогнутой решетки равен нулю на нормали к ней при наклонном падении параллельного пучка (схема Водсворта; Пейсахсон И.В. Оптика спектральных приборов, Л.: Машиностроение, 1975, с. 227) и имеет малое значение вблизи к этой нормали. Суть предлагаемого дифракционного полихроматора со скрещенной дисперсией состоит в том, что основной диспергирующий элемент - вогнутая дифракционная решетка эшелле установлена по схеме Водсворта, но в обратном ходе лучей, а дополнительная вогнутая решетка, разделяющая излучение разных порядков, установлена в прямом ходе лучей схемы Водсворта.
На чертеже дана схема предлагаемого полихроматора со скрещенной дисперсией. Излучение источника света (не показан) через входную щель 1 расходящимся пучком падает на вогнутую дифракционную решетку эшелле 2. Щель 1 расположена на нормали к решетке 2. Решетка 2 дифрагирует излучение разных длин волн в налагающихся друг на друга порядках спектров в достаточно узком диапазоне углов дифракции от β1 до β2 в виде параллельных и квазипараллельных пучков на вогнутую дифракционную решетку 3, плоскость дисперсии которой перпендикулярна плоскости дисперсии решетки 2. Угол падения на решетку 3 и постоянная решетки 3 подобраны таким образом, что в первом порядке спектра дифрагированные решеткой 3 монохроматические пучки света фокусируются на матричный приемник излучения 4, расположенный на нормали к решетке 3. Таким образом, число оптических элементов снижено с трех до двух, что повышает светопропускание прибора.
Для заданного неподвижного положения входной щели (угол падения равен нулю, расстояние от щели до вершины решетки фиксировано) дифрагированный пучок может быть параллельным лишь для одного угла дифракции. Для других углов дифракции параллельность пучков обеспечивается при иных расстояниях от щели до вершины решетки. Для обеспечения параллельности пучков в пределах изменения углов дифракции необходимо использовать решетку с переменным шагом, коэффициент неравномерности которой определен в формуле изобретения. В самом деле, уравнение фокальной кривой вогнутой решетки с переменным шагом в меридиональной плоскости при условии, что угол падения равен нулю, а дифрагированный пучок параллелен, имеет вид:
где ρ=R/r
R - радиус кривизны решетки,
r - расстояние от входной щели до вершины вогнутой решетки,
β - угол дифракции,
Α=μ⋅R,
где μ - коэффициент неравномерности шага решетки, связанный с постоянной решетки σ в точке решетки с координатой Y поперек штрихов и постоянной решетки σo в центральной точке решетки соотношением:
σ=σo(1+μ⋅Y)
Из уравнения (1) можно получить выражения для ρ1 и ρ2, соответствующих крайним значениям углов дифракции β1 и β2. Приравняв выражения для ρ1 и ρ2, получим уравнение, из которого вытекает формула для коэффициента неравномерности шага решетки:
А=(cosβ2-cosβ1)/(sinβ2-sinβ1)
Для примера рассмотрим выигрыш в светопропускании прибора в области спектра 50-70 нм, где коэффициент отражения золотого покрытия составляет примерно 15%, а вольфрамового - 24%. Исключая зеркальный коллиматорный объектив, получаем увеличение светопропускания в 4-6 раз. Это означает, что космический телескоп, сопряженный с предложенным дифракционным полихроматором при одинаковой проницательной способности, может иметь главное зеркало диаметром в 2-2,5 раза меньше.
Claims (6)
- Дифракционный полихроматор со скрещенной дисперсией, содержащий входную щель, решетку эшелле, вогнутую дифракционную решетку - разделитель порядков, матричный приемник излучения, отличающийся тем, что с целью увеличения светопропускания дифракционная решетка эшелле выполнена вогнутой с переменным шагом нарезки, коэффициент неравномерности которой определен по формуле:
- А=(COSβ2-COSβ1)/(SINβ2-SINβ1),
- где β1 и β2 - углы дифракции, соответствующие крайним положениям длин волн в строчке,
- А=μ⋅R,
- где μ - линейная составляющая коэффициента неравномерности шага решетки,
- R - радиус кривизны вогнутой решетки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015126334A RU2611712C2 (ru) | 2015-07-01 | 2015-07-01 | Дифракционный полихроматор со скрещенной дисперсией |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015126334A RU2611712C2 (ru) | 2015-07-01 | 2015-07-01 | Дифракционный полихроматор со скрещенной дисперсией |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015126334A RU2015126334A (ru) | 2017-01-10 |
RU2611712C2 true RU2611712C2 (ru) | 2017-02-28 |
Family
ID=57955545
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015126334A RU2611712C2 (ru) | 2015-07-01 | 2015-07-01 | Дифракционный полихроматор со скрещенной дисперсией |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2611712C2 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU987406A1 (ru) * | 1980-06-27 | 1983-01-07 | Предприятие П/Я Р-6681 | Двойной дифракционный монохроматор с нулевой дисперсией |
US5189486A (en) * | 1990-02-15 | 1993-02-23 | Zentralinstitut fur Optik und Spektroskopie | Echelle polychromator |
SU1681637A1 (ru) * | 1989-11-14 | 1999-08-20 | Е.А. Соколова | Двойной дифракционный монохроматор |
-
2015
- 2015-07-01 RU RU2015126334A patent/RU2611712C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU987406A1 (ru) * | 1980-06-27 | 1983-01-07 | Предприятие П/Я Р-6681 | Двойной дифракционный монохроматор с нулевой дисперсией |
SU1681637A1 (ru) * | 1989-11-14 | 1999-08-20 | Е.А. Соколова | Двойной дифракционный монохроматор |
US5189486A (en) * | 1990-02-15 | 1993-02-23 | Zentralinstitut fur Optik und Spektroskopie | Echelle polychromator |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Vladimir Panchuk и др. "Optical layouts of the WSO-UV spectrographs", ASTROPHYSICS AND SPACE SCIENCE, т. 352, No1, 2014 г., стр.163-168. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015126334A (ru) | 2017-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10444069B2 (en) | Imaging spectrometer with freeform surfaces | |
US8773659B2 (en) | Anastigmatic imaging spectrograph | |
US8520204B2 (en) | Dyson-type imaging spectrometer having improved image quality and low distortion | |
JP5517621B2 (ja) | 高感度スペクトル分析ユニット | |
US9638635B2 (en) | Spectrometer for analysing the spectrum of a light beam | |
US9677932B2 (en) | Field lens corrected three mirror anastigmat spectrograph | |
RU2611712C2 (ru) | Дифракционный полихроматор со скрещенной дисперсией | |
US10190912B2 (en) | Optical system of a high-resolution imaging spectrograph for deep UV Raman spectroscopy | |
KR20200004576A (ko) | 스마일 오차 보상 분광기 | |
RU2621364C1 (ru) | Автоколлимационный спектрометр со спектральным разложением в сагиттальном направлении | |
CN110632058B (zh) | 一种用于拉曼光谱分析的小型分光装置 | |
JP4727981B2 (ja) | 回折格子装置 | |
KR20160143969A (ko) | 평면거울 및 렌즈를 이용한 성능개선 분광기 | |
US10837832B2 (en) | Spectrometer and method for measuring the spectral characteristics thereof | |
Plaipichit et al. | Spectroscopy system using digital camera as two dimensional detectors for undergraduate student laboratory | |
KR101884118B1 (ko) | 투과 회절 격자 기반 분광기 | |
EP2211154B1 (en) | Monochromator having a tunable grating | |
US11808630B2 (en) | First optical system, monochromator, and optical apparatus | |
RU2567447C1 (ru) | Зеркальный автоколлимационный спектрометр | |
JP2010002829A (ja) | 分散プリズム | |
RU158242U1 (ru) | Спектрограф | |
RU2476834C1 (ru) | Дифракционный полихроматор | |
JP5731031B2 (ja) | 分光装置 | |
EP3594642A1 (en) | Imaging spectograph utilizing the zero order of the diffraction grating | |
RU2589748C2 (ru) | Сканирующий дифракционный полихроматор |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180702 |