SU1105005A1 - Spectrograph with holographic lattice - Google Patents

Spectrograph with holographic lattice Download PDF

Info

Publication number
SU1105005A1
SU1105005A1 SU833538087A SU3538087A SU1105005A1 SU 1105005 A1 SU1105005 A1 SU 1105005A1 SU 833538087 A SU833538087 A SU 833538087A SU 3538087 A SU3538087 A SU 3538087A SU 1105005 A1 SU1105005 A1 SU 1105005A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
center
cos
lattice
grating
sin
Prior art date
Application number
SU833538087A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ю.С. Нагулин
В.К. Прокофьев
Н.К. Павлычева
Original Assignee
Предприятие П/Я Г-4671
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Предприятие П/Я Г-4671 filed Critical Предприятие П/Я Г-4671
Priority to SU833538087A priority Critical patent/SU1105005A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1105005A1 publication Critical patent/SU1105005A1/en

Links

Landscapes

  • Holo Graphy (AREA)

Abstract

1. СПЕКТРОГРАФ С ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ РЕШЕТКОЙ, содержащий расположенные по ходу луча щель, вогнутую голографическую решетку и регистрирук цее устройство, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью увели,чени  светосилы и улучшени  качества изображени  при сохранении ширины рабочего .диапазона, в нем между щелью и решеткой введены дополнительный оптический элемент и неподвижное плоское зеркало установленное между указанньм элементом и решеткой, причем угол If, между отрезком, соедин ющим Ц(ентр плоского зеркала с центром щели и нормалью к решетке., определ етс  из соотношени  (,-b) sin4, - а , где 1 ,т cos ii - cos ijsin i,-sin i d, r cos ij - COS 1л) ; 1 a, --------. (- r i; sin 1,- sin ч d, - cos i., + cos i; ) ; где r - радиус решетки; параметры голографировани : i,, i - углы падени  лучей из источников голографировани  в центр решетки; d, djрассто ни  от центра решетки до источников голографировани  в меридио- нальной плоскости; d ,, d - рассто ни  от центра реш.етки до источников голографировани  .в сагиттальной плоскости (соответствуют услови м минимума аберраций). 2.Спектрограф по п.1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что дополни (Л тельный оптический элемент выполнен в виде плоского зеркала, установленного так, что нормаль к решетке проходит через его центр под углом 45. 3.Спектрограф по п.1, о т л и чающийс  тем, что дополнительный оптический элемент выполнен :в виде конденсора и установлен так, что его оптическа  ось лежит в одной , ел плоскости с центром неподвижного .; ;плоского зеркала, причем рассто ние 1,-от фокальной плоскости конденсатора . СП при его рабочем положении до центра решетки определ етс  из сротнощейи  cos I/, + а sin i/ - b , 1,. . где b 1 - J- ; 1 - рассто ние от щели до центра решетки.1. SPECTROGRAPH WITH A HOLOGRAPHIC GRID containing a slot along the beam, a concave holographic grating and recording a device, which is designed to increase the aperture ratio and improve the quality of the image while maintaining the width between the slot and the grating, an additional optical element and a fixed flat mirror are inserted between the element and the grating, and the angle If is between the segment connecting the C (center of the flat mirror with the center of the slot and the normal to the p . Lattice is determined from the relationship (, -b) sin4, - and wherein 1, m cos ii - cos ijsin i, -sin i d, r cos ij - COS 1l); 1 a, --------. (- r i; sin 1, - sin h d, - cos i., + cos i;); where r is the lattice radius; holographic parameters: i ,, i - angles of incidence of rays from holographic sources into the center of the lattice; d, dj distance from the center of the lattice to the sources of holography in the meridional plane; d ,, d is the distance from the center of the lattice to the sources of holography in the sagittal plane (corresponding to the conditions of the minimum of aberrations). 2. Spectrograph according to claim 1, in connection with the fact that it is supplementary (the optical element is made in the form of a flat mirror, installed so that the normal to the grating passes through its center at an angle of 45. 3 The spectrograph according to claim 1, of which the additional optical element is made: in the form of a condenser and installed so that its optical axis lies in the same, eaten plane with the center of the fixed.;; Flat mirror, and the distance is 1 , - from the focal plane of the condenser. the mouth of cos I /, + a sin i / - b, 1, ... where b 1 is J-; 1 is the distance from the slit to the center of the lattice.

Description

Изобретение относитс  к области спектрального приборостроени  и может быть использовано в исследовании спектров различных источников излучени  в широком спектральном интервале без перенастройки аппаратуры (например при исследовании излучени  синхротронов и накопителей, установо термо дерного синтеза и т.п.), Известен спектрограф, содержащий последовательно расположенные щель, вогнутую голографическую решетку и регистрирующее устройство. В этом спектрографе голографическа  решетка позвол ет фокусировать спектр на плоскость с коррекцией на ней астигматизма и меридиональной комы. Однак така  коррекци  возможна лишь дл  уз кого спектрального диапазона и дл  его расширени  на одной подложке изготавливают несколько решеток с разной частотой штрихов. В этом случае требуетс  несколько регистрирующих устройств, что значительно усложн ет конструкцию. Кроме того, така  схема не пригодна дл  построени  светосильного спектрографа, так как с увеличением относительного отверсти  решетки возрастают аберрации, которые не были коррегированы, в первую очередь сагиттальна  кома. Наиболее близким по технической сущности  вл етс  спектрограф с голо графической решеткой .с плоским полем дл  широкого спектрального интервала содержащий расположенные по ходу луч щель, голографическую решетку и регистрирующее устройство. Перекрытие всего требуемого спектрального интервала осуществл етс  поворотом решетки вокруг оси, проход щей через ее центр кривизны. Необходимость поворота решетки значительно усложн ет конструкцию и юстировку прибора. Кроме того, поскольку соответствующий выбор параметров голографировани  может обеспечить коррекцию астигматизма и меридиональной комы только дл  одного положени  решетки, така  конструкци  не позвол ет получить высокое качество изображени  по всему рабочему спектральному диапазону, а отсутствие коррекции сагиттальной комы преп тствует увеличению относительного отверсти , т.е. светосилы прибора. Целью изобретени   вл етс  создание спектрографа с голографической решеткой с увеличенной светосилой и улучшенным качеством изображени . Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройстве, содержащем расположенные по ходу луча щель, вогнутую голографическую решетку и регистрирующее устройство, между щелью и решеткой установлен дополнительный оптический элемент и неподвижное плоское зеркало, установленное между указанным элементом и решеткой так, что угол If между отрезком, соедин ющим центр плоского зеркала с центром щели и нормалью к решетке, определ етс  иэ соотношени  ( cos Ь;)з1пч (/ - а, Я 1 . ,г cos i, -.«г ч-«« - --- - d. Sin sin .ij - COS i , + cos i ), где r - радиус решетки; a параметры голографировани  i, и углы падени  лучей из источников голографировани  в центр решетки; d,и d - рассто ни  от центра решетки до источников голографировани  в меридиональной плоскости; d. и рассто ни  от центра решетки до источников голографировани  в сагиттальной плоскости (соответствуют услови м минимума аберраций). При этом дополнительный оптический элемент может быть выполнен в виде плоского зеркала, установленного так, что Нормаль К решетке проходит через его центр под углом 45, или в виде конденсора , установленного так, что его оптическа  ось лежит в одной плоскости с центром плоского зеркала, а рассто ние 1, от фокальной плоскости конденсора до центра решетки определ етс  из соотношени  г ,. , :-cos(/ COSI/, + а, sin 1/ - о, 1 где b 1 - -- , 1 - рассто ние от. о щели до центра решетки. На чертеже приведена оптическа   схема спектрографа. Спектрограф содержит щель 1, плоское зеркало 2 и конденсор 3, ycтановленные с возможностью поочередного введени  в пучок, неподвижное плоское зеркало 4, вогнутую голографическую решетку 5 и поверхность регистрации 6 изображени . Плоское зеркало 2 устанавливаетс  так, что при его введении в пучок, нормаль к решетке проходит через его центр. Плоское зеркало 4 установлено так, что его центр лежит в одной плоское ти с оптической осью конденсора 3 пр его рабочем положении и центром решетки 5, а отрезок, соедин ющий центр зеркала 4 с центром решетки, составл ет угол ц с нормалью к ре- шетке, определ емый из соотношени  ( cos д- b)sin I/, , - а Работа устройства заключаетс  в следующем. Световой пучок от входной щели 1 либо падает на решетку ,5 по нормали, если в пучок введено плоское зеркало 2, либо проходит че рез конденсор 3, формирующий изображение входной щели, и, отража сь от плоского зеркала 4, падает на ре шетку под углом ( . Дифрагированное излучение фокусируетс  на поверхнос ти регистрации 6, при этом при нор мальном падении на этой поверхности I .г . фокусируетс  коротковолнова  област а при падении лучей под углом i( длинноволнова . Вогнута  голографическа  решетка допускает использование по крайней мере двух различных углов падени  с одним и тем же положением фокальных кривых.. При 1/ О, Ь; Ь b 1 - i Формула дл  обирац1 и голографическо решетки на сферической подложке прй нимает вид cos I/, а - sini/ cos с/ -b sin(/-a, откуда iff - a, sin w ::i- -i. cos i -b Следовательно при углах падени  V т.е. при введении в пучок плоского зеркала, и 4 i/, . т.е. при введении конденсора, на одной и той же фокальной поверхности будут фокусироватьс  разные спектральные диапазоны, причем при нормальном падении на этой поверхности фокусируетс  коротковолнова  область, а при падении лучей под углом (f - более длинноволнова . Таким образом, введение плоского зеркала, конденсора и второго плоского зеркала при соблюдении определенных значений i/ и 1 позвол ет получить высокое качество изображени  и увеличение светосилы при сохранении ширины рабочего спектрального диапазона. В насто щее врем  рассчитана оптическа  схема спектрографа, проведено ее полное исследование посредством анализа хода лучей. Согласно полученным параметрам изготавливаетс  голографическа  решетка, предполагаетс  макетирование Отечественной промьш1ленностью дл  работы в вакуумной области спектра выпускаетс  спектрограф ДФС-29, который может быть прин т за базовый образец. Рабочий диапазон базового прибора 50-400 нм, относительное отверстие 1:16. Спектр фотографируетс  участка ми по 150 нм. Дл  изменени  спектрального диапазона необходимо сложным рычажно-винтовым механизмом переместить и развернуть дифракционную решетку и кассету. Небольшое относительное отверстие не позвол ет использовать его при исследовании слабьтх сигналов, а астигматизм затрудн ет проведение исследований пространственного распределени  излучени  в источнике. Предлагаемый спектрограф превосходит базовый образец по относительному отверстию в 4 раза, имеет полную коррекцию астигматизма, меридиональной и сагиттальной комы и сферической аберрации дл  , 175 нм и 300 им и вдвое меньший по сравнению с базовым образцом астигматизм на кршо диапа:зона. Кроме того, в спектрографе решетка, кассета и щель неподвижны, т.е. не требуетс  сложного механизма дл  изменени  рабочего спектрального диапазона. Спектрограф-будет использован при исследовании излучени  примесей в установках термо дерного синтеза.The invention relates to the field of spectral instrumentation and can be used to study the spectra of various radiation sources in a wide spectral interval without reconfiguring the equipment (for example, when studying the radiation of synchrotrons and accumulators, installed thermo-nuclear synthesis, etc.). A spectrograph is known that contains sequentially arranged slits , concave holographic grating and recording device. In this spectrograph, the holographic grating allows focusing the spectrum onto a plane with correction of astigmatism and meridional coma on it. However, such correction is possible only for a narrow spectral range, and several gratings with different stroke frequencies are made on one substrate to expand it. In this case, several recording devices are required, which significantly complicates the design. In addition, this scheme is not suitable for the construction of a high-aperture spectrograph, since with an increase in the relative aperture of the lattice aberrations increase, which were not corrected, primarily the sagittal coma. The closest in technical essence is a holographic grating spectrograph with a flat field for a wide spectral interval containing along the beam a slit, a holographic grating and a recording device. The entire required spectral range is overlapped by rotating the lattice around an axis passing through its center of curvature. The need to rotate the lattice greatly complicates the design and adjustment of the instrument. In addition, since an appropriate choice of holographic parameters can provide correction of astigmatism and meridional coma for only one lattice position, such a design does not allow obtaining high image quality over the entire working spectral range, and the lack of correction of the sagittal coma prevents an increase in the relative aperture, i.e. . aperture device. The aim of the invention is to create a holographic grating spectrograph with an increased aperture and improved image quality. This goal is achieved by the fact that in the device containing a slot along the beam, a concave holographic grating and a recording device, between the slot and the grating an additional optical element and a fixed flat mirror mounted between the element and the grating are installed, so that the angle If between the segment, connecting the center of a flat mirror with the center of the slit and the normal to the lattice, is determined by the ratio (cos b;) c 1 p h (/ - a, i 1., g cos i, -. "y h -" - --- - d .Sin sin .ij - COS i, + cos i), where r is the lattice radius; a the parameters of holography i, and the angles of incidence of the rays from the sources of holography into the center of the lattice; d, and d are the distances from the center of the lattice to holographic sources in the meridional plane; d. and the distances from the center of the lattice to the sources of holography in the sagittal plane (correspond to the minimum aberration conditions). In this case, the additional optical element can be made in the form of a flat mirror, installed so that the Normal G grid passes through its center at an angle of 45, or in the form of a condenser installed so that its optical axis lies in the same plane with the center of the flat mirror, and The distance 1 from the focal plane of the condenser to the center of the lattice is determined from the ratio r,. ,: -cos (/ COSI /, + a, sin 1 / - o, 1 where b 1 - -, 1 is the distance from the slot to the center of the array. The drawing shows the optical diagram of the spectrograph. The spectrograph contains a slot 1, flat mirror 2 and condenser 3, y mounted with the possibility of alternate insertion into the beam, a stationary flat mirror 4, a concave holographic grating 5 and an image recording surface 6. The flat mirror 2 is set so that when it is inserted into the beam, the normal to the grating passes through its center The flat mirror 4 is installed so that its center lies in one flat tee with the opt The condenser 3's axial axis, in its working position and the center of the lattice 5, and the segment connecting the center of the mirror 4 to the center of the lattice make an angle c with the normal to the lattice, determined from the ratio (cos g - b) sin I /, The operation of the device is as follows: The light beam from the entrance slit 1 either falls onto the grating, 5 along the normal, if a flat mirror 2 is introduced into the beam, or passes through a condenser 3 that forms an image of the entrance slit, and mirrors 4, falls on the grating at an angle (. The diffracted radiation is focused on the recording surface 6, while a normal incidence on this surface is I.r. the shortwave region is focused when the rays are incident at an angle i (longwave. A concave holographic grating allows the use of at least two different angles of incidence with the same position of the focal curves. At 1 / O, b; b b 1 - i Formula 1 and a holographic lattice on a spherical substrate takes on the form cos I /, a - sini / cos с / -b sin (/ - a, whence iff - a, sin w :: i - i. cos i -b Therefore, at angles of incidence V, i.e., when introduced into a beam of a plane mirror, and 4 i /, i.e., when introducing a condenser, on the same focal surface will be different spectral ranges, and with a normal incidence, a short-wavelength region is focused on this surface, and when the beams are incident at an angle (f - longer-wavelengths. Thus, the introduction of a flat mirror, a condenser, and a second flat mirror allows to obtain high image quality and an increase in luminosity while maintaining the width of the working spectral range. At present, the optical scheme of the spectrograph has been calculated, and its full investigation has been carried out by analyzing the course of the rays. According to the obtained parameters, a holographic grating is fabricated, the layout of the Domestic industry is suggested for operation in the vacuum region of the spectrum, the DFS-29 spectrograph is produced, which can be taken as a basic sample. The operating range of the basic device 50-400 nm, relative aperture 1:16. The spectrum is photographed at 150 nm. To change the spectral range, it is necessary to move and unfold the diffraction grating and the cassette by a complex lever-screw mechanism. A small relative aperture prevents it from being used in the study of weak signals, and astigmatism makes it difficult to conduct studies of the spatial distribution of radiation in the source. The proposed spectrograph surpasses the base sample in a relative aperture by 4 times, has a complete correction of astigmatism, meridional and sagittal coma and spherical aberration for, 175 nm and 300 and as much astymatism in the krsho range: zone. In addition, in the spectrograph, the grating, the cassette and the slit are fixed, i.e. no complicated mechanism is required to change the working spectral range. The spectrograph will be used to study the emission of impurities in the installations of thermo-nuclear synthesis.

Claims (3)

' 1. СПЕКТРОГРАФ С ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ РЕШЕТКОЙ, содержащий расположенные по ходу луча щель, вогнутую голографическую решетку и регистрирующее устройство, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения светосилы и улучшения качества изображения при сохранении ширины рабочего диапазона, в нем между щелью и решеткой введены дополнительный оптический элемент и неподвижное плоское зеркало, установленное между указанным элементом и решеткой, причем угол ц, между отрезком, соединяющим центр плоского зеркала с центром щели и нормалью к решетке, определяется из соотношения (cos^ —b) sin ΐή= a^cos2^ - а^, где'1. Holographic spectrograph containing a slit located along the beam, a concave holographic lattice and a recording device, with the aim of increasing the aperture ratio and improving the image quality while maintaining the working width range, in it between the slit and the grating introduced an additional optical element and a stationary flat mirror mounted between the specified element and the grating, and the angle c, between the segment connecting the center of the flat mirror with the center of the gap and the normal to the grating, about redelyaetsya ratio of (cos ^ -b) sin ΐή = a ^ cos ^ 2 - ^ a, where 1 zr cos2 i, а, ® ————* — ——. —(———у— — cos 1» — ’ sin 1-sin i2 d, ’ где г - радиус решетки; параметры голографирования: i,, i,- углы падения лучей из источников голографирования в центр решетки; d1, dtрасстояния от центра решетки до источников голографирования в меридиональной плоскости; d ,, d- расстоя ния от центра решетки до источников голографирования в сагиттальной плоскости (соответствуют условиям минимума аберраций).1 z r cos 2 i, a, ® ———— * - ——. - (——— y— - cos 1 ”- 'sin 1-sin i 2 d,' where r is the radius of the lattice; holography parameters: i ,, i, are the angles of incidence of the rays from the holography sources to the center of the lattice; d 1 , d t are the distances from the center of the grating to the holography sources in the meridional plane; d ,, d are the distances from the center of the grating to the holography sources in the sagittal plane (correspond to the conditions of minimum aberrations). 2. Спектрограф по п.1, о т лича ю щ и й с я тем, что дополнительный оптический элемент выполнен в виде плоского зеркала, установленного так, что нормаль к решетке проходит через его центр под углом 45°.2. The spectrograph according to claim 1, characterized in that the additional optical element is made in the form of a flat mirror mounted so that the normal to the grating passes through its center at an angle of 45 °. 3. Спектрограф по п.1, отли чающийся тем, что дополнительный оптический элемент выполнен в виде конденсора и установлен так, что его оптическая ось лежит в одной, плоскости с центром неподвижного .плоского зеркала, причем расстояние 1,’ОТ фокальной плоскости конденсатора. при его рабочем положении до центра решетки определяется из соотношения ~-cos2V, м = cos ιή + a sin ц, - Ъ , где b = 1 - т- ;3. The spectrograph according to claim 1, characterized in that the additional optical element is made in the form of a condenser and is mounted so that its optical axis lies in one plane with the center of the fixed plane mirror, and the distance is 1, from the focal plane of the capacitor. at its working position, the center of the lattice is determined from the relation ~ -cos 2 V, m = cos ι + a sin q, - b, where b = 1 - m- г cos2 ii dig cos 2 ii di - cos i, ) ;- cos i,); 1^- расстояние от щели до центра решетки.1 ^ is the distance from the gap to the center of the lattice.
SU833538087A 1983-01-13 1983-01-13 Spectrograph with holographic lattice SU1105005A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833538087A SU1105005A1 (en) 1983-01-13 1983-01-13 Spectrograph with holographic lattice

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833538087A SU1105005A1 (en) 1983-01-13 1983-01-13 Spectrograph with holographic lattice

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1105005A1 true SU1105005A1 (en) 1988-03-07

Family

ID=21044767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU833538087A SU1105005A1 (en) 1983-01-13 1983-01-13 Spectrograph with holographic lattice

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1105005A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент FR № 2334947, кл. G 01 J 3/18, опублик. 1977. Патент FR № 2996961, кл. G 01 J 3/18, опублик. 1979. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4634276A (en) Slit imaging system using two concave mirrors
US4776696A (en) Optical system for high resolution spectrometer/monochromator
JPH08136345A (en) Double monochromator
JPH0339572B2 (en)
US3985443A (en) Method of obtaining stigmatic imaging in spectral analysis using a concave grating
US5066127A (en) Stigmatic imaging with spherical concave diffraction gratings
Wadsworth The Modern Spectroscope. XV. on the Use and Mounting of the Concave Grating as an Analyzing or Direct Comparison Spectroscope.
Pavlycheva Diffraction gratings for spectral devices
SU1105005A1 (en) Spectrograph with holographic lattice
US4289401A (en) Optical system for spectral devices
FI75047C (en) Apparatus for performing spectral analysis.
US4842353A (en) Diffraction apparatus with correcting grating and method of making
JPH02108929A (en) Double spectrographic device
SU1700386A1 (en) Diffraction polychromator
SU1094432A1 (en) Spectrograph
EP1193482B1 (en) Spectroscope
CN214173564U (en) Lightning spectral imager based on echelle grating
CN110703468A (en) Large-caliber parallel monochromatic polarization adjustable light source system based on AOTF
SU934245A1 (en) Diffraction monochromator
SU996873A1 (en) Diffraction monochromator
SU853418A1 (en) Diffraction monochromator
SU1226078A1 (en) Difraction monochromator
CN87100754A (en) Holographic grating and the optical instrument that holographic grating is housed
SU1753262A1 (en) Method of measuring deviation angle of rays in phase object recorded on hologram
SU842428A1 (en) Monochromator with grating