DD226962B1 - Optisches system fuer echelle-spektrometer - Google Patents
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Description
Für die Astigmatismuskompensation muß der Abstand des sagittalen Spaltes vom Kollimatorspiegel
,2
v=X Rcos 0.
(cos oC/cos ß)'
2 2
(cOSiX-/cOfc ß) · COS
betragen. Zur Trennung von sich überlagernden Echelle-Ordnungen bei Verwendung eines großen Wellenlängenbereiches wird ein Dispersionsprisma vor dem Echelle-Gitter angeordnet, das in doppeltem, möglichst symmetrischem Durchgang, arbeitet. Der außeraxiale Winkel Θ an den Spiegeln wird so gewählt, daß sich die Begrenzung des zweidimensionalen Spektrums so eng wie möglich neben der Prismakante befindet.
Die Erfindung soll anhand eines in der Zeichnung dargestellten Beispieles näher erläutert werden.
In Figur ist das erfindungsgemäße System schematisch dargestellt.
Von einer Lichtquelle 1 ausgehendes Licht durchsetzt am Mittelpunkt Aden sagittalen Eintrittsspalt 2.
Weiter wird der nachgeordnete tangentiale Eintrittsspalt 3 durchdrungen, und das Licht tritt im Scheitelpunkt B auf den Kollimatorspiegel 4 mit dem Radius Rv Das reflektierte Licht durchsetzt in den Punkten P1, P2 das Dispersionsprisma 8 und fällt unter dem Einfallswinkel im Punkt C auf den Mittelpunkt des Echelle-Gitters 7. Der Lichtstrahl wird unter dem Beugungswinkel ß vom Echelle-Gitter 7 abgelenkt und durchsetzt in den Punkten P3, P4 erneut das Dispersionsprisma 8. Danach tritt das Licht im Scheitelpunkt D auf den Kameraspiegel 5 mit dem Radius R2 und erzeugt nach Reflexion in der Fokalebene 6 einen herausgegriffenen Mittelpunkt E des Spektrums. Der Lichtstrahl wird unter einem außeraxialen Winkel O1 am Kollimatorspiegel 5 reflektiert.
Das beschriebene optische System ist überdies auch für Plangittersysteme anwendbar.
Der erfindungsgemäße Aufbau wird in folgender Konfiguration realisiert:
R1 = R2 = 1 002 mm O1=Q2 = 7,46°
AB = 506,25 mm a = 68,23°
BP1 = DP4 = 473 mm ß = 60,33° CP2 = CP3 = 67 mm
Die Fokalebene 6 ist um 5,2° senkrecht zur Dispersionsebene des Echelle-Gitters 7 gedreht. Das Prisma 8 ist so angeordnet, daß für die Wellenlänge, die die geometrische Mitte von 6 in B trifft, symmetrischer Strahlverlauf am Prisma 8 sowohl in der Dispersionsebene von Gitter 7 als auch in der senkrecht dazu stehenden Dispersionseinrichtung des Prismas 8 erzielt wird. Das optische System istfüreinen Wellenlängenbereich von 190-850 nm ausgelegt, wobei für den Bereich 190-370 nm eine Auflösung 0,01 nm und für den Bereich 370-850 nm eine Auflösung 0,05nm erreicht wird.
Claims (2)
- -1 Patentansprüche:1. Optisches System für Echelle-Spektrometer, bestehend aus einer Eintrittsspaltanordnung, einem Echelle-Gitter (7), Kollimatorspiegel (4) und Kameraspiegel (5) sowie einer Fokalfläche (6), gekennzeichnet dadurch, daß die Reflexion der Scheitelpunktstrahlen (AB, BC) am Kollimatorspiegel (4) und (CD, DE) am Kameraspiegel (5) in Ebenen erfolgt, die senkrecht zur Dispersionsebene des Echelle-Gitters (7) verlaufen, daß die Abstände der Scheitelpunkte von (4) und (5) zum Echelle-Gitter gleich sind, daß die Eintrittsspaltanordnung aus einem sagittalen (2) und tangentialen Spalt (3) besteht, die derart angeordnet sind, daß das tangentiale und sagittale Spaltbild auf der Fokalfläche (6) zusammenfällt, daß sich die Eintrittsspaltanordnung bezüglich der Fokalfläche auf entgegengesetzten Seiten in gleichem Abstand von der Dispersionsebene des Echelle-Gitters befindet, daß sich die Fokalfläche in der tangentialen Brennebene des Kameraspiegels (5) befindet.
- 2. Optisches System nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Ordnungstrennung ein Dispersionsprisma (8) in doppeltem Durchgang vor dem Echelle-Gitter eingesetzt ist.Hierzu 1 Seite ZeichnungAnwendungsgebiet der ErfindungDie Erfindung kann in Geräten für die Spektralanalysen angewandt werden.Charakteristik der bekannten technischen LösungenEchelle-Spektrometer für Anwendungen in der Spektralanalyse, bei denen durch die analytische Aufgabenstellung das minimale Auflösungsvermögen und der minimale Lichtleitwert bei vorgegebenem Spektralbereich weitestgehend festgelegt sind, sind bekannt. Die Geräteentwicklung tendiert dazu, die Grenzwerte dieser Parameter bei möglichst geringer Baugröße des Spektrometer und minimalen Aufwand zu erreichen. Es ergibt sich, daß die erforderliche Fläche des Echelle-Gitters durch den geforderten minimalen Lichtleitwert bestimmt wird. Bei fester Gittergroße nehmen bei Verringerung der Brennweite von Kollimator- und Kameraspiegel die minimal möglichen außeraxialen Winkel und damit die Abbildungsfehler zu. Um geringste Baugröße zu realisieren, ist ein möglichst abbildungsfehlerarmer Spektrometeraufbau notwendig. Hierfür bieten bekannte Lösungen keine günstigen Voraussetzungen. Die Korrekturmethoden der Abbildungsfehler bedingen unnötig große Geräteabmessungen und hohe Kosten, wie z.B. in US-PS 4183668 beschrieben.Ziel der ErfindungZiel der Erfindung ist es, eine Lösung zu finden, die die Mängel des bekannten Standes der Technik abstellt.Darlegung des Wesens der ErfindungDer Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Aufbau für ein Echelle-Spektrometer anzugeben, bei dem der Zustand geringster Abbildungsfehler, insbesondere Koma und Astigmatismus, für den vorgegebenen Spektralbereich bei der engsten geometrisch möglichen Anordnung der optischen Bauelemente erreicht wird. Diese Aufgabe löst ein optisches System für Echelle-Spektrometer erfindungsgemäß dadurch, daß die Anordnung der optischen Bauelemente zur Minimierung von Abbildungsfehlern bestimmte geometrische Bedingungen erfüllt. Kollimator- und Kameraspiegel sind Hohlspiegel, deren Scheitelpunkte in der Dispersionsebene des Echelle-Gitters liegen, wobei die Dispersionsebene die Ebene ist, die senkrecht zu den Gitterfurchen durch den Mittelpunkt der Gitterfläche verläuft. Kollimator- und Kameraspiegel befinden sich in gleichem Abstand vom Echelle-Gitter in minimaler Entfernung voneinander, um zum Zwecke hoher Gittereffektivität eine nur geringe Abweichung vom Autokollimationsfall am Gitter zu gewährleisten. Die Ablenkung der Hauptstrahlen in den Scheitelpunkten von Kollimator- und Kameraspiegel erfolgt in Ebenen, die senkrecht zur Dispersionsebene des Echelle-Gitters verlaufen. Die Eintrittsspalte und die Mitte des Spektrums liegen jeweils auf der entgegengesetzten Seite der Dispersionsebene des Echelle-Gitters. Die Koma ist nicht mehr wie bei Czerny-Turner-Anordnungen vom Einfalls- und Beugungswinkel am Echelle-Gitter abhängig.
Sie verschwindet für2 3sin θ2 = R2 * cos Q2sin O1 R1 2 · 1wenn sich der Eintrittsspalt in einer Entfernung rt = Ѵг · R1 · cosQvom Kollimatorspiegel befindet. Das wird für Ѳі = 02 = Ѳ und R1 = R2 = R erfüllt, die Koma wird für den symmetrischen Fall eliminiert. Das tangentiale Bild des Eintrittsspaltes entsteht im Abstand r[ = 1/2Rcos0 vom Kameraspiegel. Der Astigmatismus ist dann beseitigt, wenn das sagittale Bild mit dem tangentialen zusammenfällt.Dazu wird erfindungsgemäß der Eintrittsspalt in zwei senkrecht zueinander angeordnete Teilspalte zerlegt, die die begrenzte Spalthöhe und -breite der Eintrittsapertur bilden.
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1984
- 1984-07-02 DD DD26478984A patent/DD226962B1/de unknown
Also Published As
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