Монохроматор

1 .1 .

О П И С А И И-.Е

ИЗОБРЕТЕИ ЯЯ

Союз Советских

""687348

Социалистических

Реслублин

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22! Заявлено2О.О8.75 (21) 2166916/18-2 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано g5.О9.79, Бюллетень №3 (45) Дата опубликования описания 25.О9.79. (51) М. Кл.

С Ol 3/18

Государственный комитет (53) УДК ло делам изобретений открытий

535.85 3. 3 (О88.8 ) (72) Авторы изобретения

В. FI, Ларионов и E. II Котова (71) Заявитель

Первый Московский ордена Ленина и ордена Трудового

Красного Знал ели медицинский институт им. И. М. Сеченова (54) MOHOXPONATOP

Изобретение относится к оптическому, ) конкретно к спектральному, приборострое- нию и может быть использовано в разнс образны х спектральных приборах и установках, особенно предназначенных для прецизионных измерений, например, в спектрофотометрии, где для регистрации малой разности поглощения сравниваемыми образцами, составляющей десятые или сотые доли процента от суммарного ослабления света, вызываемого общим поглощением и рассеянием в десятки и сотни раз, требуется строгое сохранение равенства интенсивноСтей двух монохроматических пучков во всем спектральном диапазоне работы ! монохроматора !

Известны монохроматоры различных конструкций (1). Все они однолучевые и не обладают широкими функциональными возможностями, Это затрудняет использование их для прецизионных спектрометрических и спектрофотометрических измерений.

Наиболее близким к изобретенйю йо тех нической сущности является монохроматор, содержащий входную щель, зеркало входного коллиматора, две кинематически разде.laные дифракционные решетки, зеркало выходного коллил|атора и выходную щель (21.

5 Пелью изобретения является расширение функциональных возможностей монохрома-тора. .Цостигается это тем, что монохроматор снабжен светоделителем, например «хро-!

О матической бипризмой, совмещенной с прямоугольной диафрагмой. Светоделитель установлен между входной щелью и зеркалом входного коллиматора или перед входной щелью и снабжен средствами для по15 ворота вокруг и смещения вдоль оптической оси входного коллиматора, а между выходной щелью и зеркалом выходного коллиматора в ходе разделенных световых пучков установлены оптические элементы, 20 например подвижные зеркала.

На фиг. 1 приведена одна иэ возможных оптических схем двухлучевого монохроматора, в которой дифракционная решетка расположена в фокальной плоскости входного

25 .и выходного коллиматоров; на фиг. 2 по- (687348

45 казан ход центрального луча одного из полупучков в двухлучевом монохроматоре, у которого дифракционная решетка расположена на расстоянии от зеркала входного коллиматора меньшем его фокусного 5 расстояния.

Предлагаемый монохроматор содержит входную щель 1, прямоугольную диафраг му 2, светоделитель 3, зеркало 4- входного коллиматора, дифракционную решетку

5, зеркало 6 выходного коллиматора, выходную щель 7.

Основание разделительной призмы перпендикулярно оптической оси коллпматора.

Разделительное ребро призмы лежит в плос-16 кости дисперсии, а прямоугольная днафрагма совмещена с основанием призмы. Плоскость дисперсии перпендикулярна штрихам решетки и проходит через оптические оси коллиматоров (см. фиг. 1 ) .

Монохроматор работает следующим образом. Идущий иэ входной щели 1 световой поток ограничивается прямоугольной диафрагмой 2 и делится разделительным ребром призмы 3 на два полупучка со строго равными прямоугольными сечениями и иптенсивностями. Пентральные лучи по»упучков (жирные линии) и оптпческая ось коэишматора 4 лежат в плоскости, перпендикулярной плоскости дисперсии. Светоде»итель ®О осуществляет поворот каждого полупучка„ как единого целого, навстречу друг друг у таким образо.;, что центральные лучи полупучкг» »ос к светоделителя идут параллельно оптичес и оси входного коллиматора.

Поэтому п-.сле отражения от коллимапггоннсго зеркала центральные лучи пересекутся в его фокальной плоскости. Точка их пересечения расположена в центре дифракционной решетки 5. Поскольку полупучки после входного коллиматора из расходящихся становятся параллельными, то на поверхности решетки произойдет строгое совмещение двух разделенных полупучков, что необходимо для достижения строгого равенства интенсивностей монохроматических пучков одинаковых длин волн во всем спектральном диапазоне работы монохрома гора. Угловые размеры диафрагмы должны быть согласованы с относительным отверстием монохроматора, 60 чтобы совм ещенны е полупучк и полностью вписывались в заштрихованную поверхность решетки. После отражения от зеркала выходного коллиматора 6 центральные лучи будут идти параллельно его оптической оси, а

66 сходящиеся полупучки образуют на его фокальноц поверхности, в плоскости выходной щели 7, два параллельных друг другу спектра. Совмещение разделенных светоделителем полупучков на диспергируюшем элементе

60 о

):, (2), _#_= К1

У вЂ” yro» между (3), где центральным лучом и оптической осью ко»лиматора; o(: — угол поворота полупучков; — расстояние между входной щелью и светоделителем; 4 g — угловые размеры прямоугольной диафрагмы в плоскости це1—

Ф пепдикулярной плоскости дисперсии.

Для схемы двухлучевого монохроматора (cM. фиг. 1), у которого Я =- F = F, б ° ° д т иметь место равенства /-== О,+ =- Й

Х

=:К вЂ”, физический смысл которых очевиден.

Таким образом, при заданных характеристиках двухлучевого монохроматора — фокусных расстояниях входного Р и выходного F1 коллиматоров, расстоянии О диспергирующего элемента от зеркала входного коллиматора и относительном отверстии монохроматора, определяющем угловые размеры прямоугольной диафрагмы - угол поворота полупучков. светоделителем и положение последнего определяются расстоянием 2К1, на которое требуется развести монохромати ческие пучки на выходной щели. Равенства (1)-(3) остаются в силе, если дС и с отрицательны, Отрицательное значение,"„ означает, что светоделитель должен быть расположен перед входной щелью монохроматора. Отрицательное же значение:означает, что светоделитель осуществляет поворот полупучков не навстречу друг другу, когда с(было условно принято положительным а в противоположных направлениях.

Следует отметить, что светоделитель не приводит к уменьшению светосилы монохроматора, а лищь требует применения соответствующего, более светосильного осветителя

1возможно и тогда, когда последний не расположен в фокальной поверхности входного коллиматора. В этом случае центральные лучи полупучков после светоделителя будут идти под углом к его оптической оси.

На фиг. 2 пунктиром показаны продолжения падающего на светоделитель и идущего после него центрального луча, указаны также расстояния между оптическими элементами мопохроматора и обозначены углы. Радиус

ОО2 зеркала входного коллиматора проведен в точку падения на него центрального луча.

Отрезок А1О2 параллелен оптической оси

1 коллиматора, К = АА2.

Можно показать, что для параксиальных лучей при условии совмещения полупучков на решетке справедлпвы соотношения

a-e 2 Г (j) k = +

+ К1

6873 и некоторого увеличения рабочей поверхности коллиматоров, поскольку рабочая поверхность диспергируюшего элемента двухлучевого монохроматора может быть полностью освещена светом каждого из разделенных полупучков. Путем технически простых модификаций двухлучевого монохроматора мо:-кно сушест венно расширить его функциональные возможности. Так, легко можно осуществить двухлучевой монохроматор с фиксированной l0 малой разницей длин волн двух монохроматических пучков света путем поворота светоделителя и прямоугольной диафрагмы вокруг оптической оси входного коллиматора.

Эта операция приводит к смещению сиект- !Ь ров вдоль дисперсии во взаимопротивоположных направлениях на величину, пропорциональную модулю синуса угла поворота, величине К1 и обратной линейной дисперсии. Такой монохроматор может быть псполь-0 зован, например, в спектральных приборах, регистрирующих первую производную спектра поглощения (излучения). Г1ри повороте о их на 9О монохроматор превращается в бихроматор. Двухлучевой монохрома>o!.> 25 легко преобразовать в двухволновой лк похроматор,с регулируемой разницей длш1 волн, снабдив светоделитель средствами для смешения вдоль и (или) поворота вокруг оптической оси коллиматора. Даль- Э1 нейшее расширение функциональных возможностей осуществляется путем установки перед выходной щелью, где спектры пространственно разнесены, различных оптических элементов, например подвижных 35 зеркал, плоскопараллельных пластинок, оптических клиньев, поляроидов и т. д.

Применение многофункционального монохроматора позволяет, например, выполнить двухволновой спектрофотометр, используя только один диспергирующий элемент; спектрометр с высокой точностью регулировки и отсчета разности длин волн, а также осуществить спектральную установку для регистрации первой и второй производной кривой спектра поглощения (излучения) без присушего ей дифференцирующего узла.

Применение его в двухлучевых спектрофотометрах позволяет сутцественно упростить конструкцию последних, повысить спектрофотометрическую точность, чувст вительность и надежность их работы. Испытуемые образцы и обтюраторный диск для 11опеременного освещения их могут быть установлены непосредственно за вы1 б

I ходпой щелью двухлучеиого л>опохрол><»1 с ра. Возл>ож>>ость осу1цеств:1оши д» -x»y и;— вого h онохроматора со светоде»птелол>, помешеппым перед его входной п1ол1,1<>, позволяет успепшо применять изоб >ете пе и готовых спектрофотометрах. Гак, применение его пьзво>1и,>1о изготовить прибор, у ко1>. рого уход нулевой л1шш1 и рабочем ди1п1азо >

350-7ОО нл1 не превыц1«ет 5 1О единиц оптической плотности, а шумы пе и! вышают 2 1G единицы оп>п 1еской il>lo1 ности при использовании лалгпы п«калпвап1»ч с иодным циклом л>ошпость>о 7О 1>1 и и!>н оптической ширине щели 2 пл>. ilo э>пл> (характеристикал1 прибор превосходит лучшие зарубежные регпстрпруюпп>е двухлучевые спектрофотометры, r«ê»å как Еэ! и

14.

Формула изобрег>пня

1. Монохроматор, содержаш>>й»копнула щель, зеркало входного коллпмат> а, дпфракционную решетку, зеркало выходного кол>1ил>атора и выходную ше;1ь, о т л и— чающий с я тем, что, с цельюрасширенпя его функциональных возможпост>-И, он снабжен с ветоделителем, напр ил>ер а х! >о-матической бипризмой, совмещенной с 1>ря-моугольной диафрагмой.

2. Монохроматор по 11. 1, о т л и— ч а ю ш и и с я тем, чт>. светоделпте>, установлен между входной щелью и зерна>гом входного коллиматора.

3. Монохрол>атор по пп. 1и 2, о т— л и ч а 1О ш и и с я тем, что светоделпТЕЛЬ УСтаНОВЛЕН ПЕРЕД ВХОДНОЙ ЩЕЛЬ>о.

4. Монохроматор по пп. 1-3, о т л и— ч а ю шийся тем, что светоделитель снабжен средствами для поворота вокруг и смещения вдоль оптической оси входного коллиматора.

5. Монохроматор по пп. 1-4, о т л и— ч а ю шийся тем, что между выходной щелью и зеркалом выходного коллиматора в ходе разделенных световых пучков установлены оптические элементы, например подвижные зеркала.

Источники информации, пр1п ятые во внимание при экспертизе

1. Тарасов К. И. Спектральные приборы.

Л., Машиностроение, 1968, с. 197-258.

2. Патент США Л" 352О614, кл. 356-07, 1 97О.

1 5 5 (щель) (дифракц. (с0еторешеюка) делитель) тира;: 5$g

Заказ 328 (Изд. М

1(еиа (1рсдириятис «((атент», Москва, Г-59, Бережковская наб., 24

Ц((ИИПИ осударсгвеиного комитета Совета Министров СССР ио делам иэобрстений н открытий

Москва, 113035, Раушская наб., 4