DD291837A5 - Empfangseinrichtung fuer echelle-polychromatoren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Empfangseinrichtung fuer Echelle-Polychromatoren zur Bestimmung der Intensitaet verschiedener Spektrallinien eines Strahlungsspektrums. Fuer einen Teil der Spektrallinien, fuer die der Intensitaetsverlust durch Blazewinkel-Toleranzen verschiedener eingesetzter Echelle-Gitter eine Grenzbedienung ueberschreitet, werden an verschiedenen Orten in der Fokalflaeche angeordnete Empfangselemente vorgesehen. Dadurch wird der Einflusz einer Intensitaetsverschiebung von einer Ordnung zur anderen auf die Nachweisgrenze vermindert. Figur{Empfangseinrichtung; Polychromator; Spektrallinien; Strahlungsspektrum; Blazewinkel; Fokalflaeche; Empfangselement; Empfaenger}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Empfangseinrichtung für Echelle-Polychromatoren und dient zur Bestimmung der Intensität verschiedener Spektrallinien eines Strahlungsspektrums.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Echelle-Spektrometer haben gegenüber anderen Spektrometern den Vorteil einer höheren Auflösung oder eines kleineren, kompakteren Aufbaus bei gleicher Auflösung. Üblicherweise wird in derartigen Geräten ein Dispersionsprisma zur Ordnungstrennung verwendet. Dabei sind bestimmten Orten in einer Fokalfläche bestimmte Wellenlängen zugeordnet, wobei jede Wellenlänge in mehreren Ordnungen auftritt. In welcher Ordnung die jeweilige Wellenlänge am intensivsten erscheint, hängt vom Blazewinkel des verwendeten Echelle-Gitters ab,

Zur Bestimmung der Intensität verschiedener Spektiallirien sind in der Fokalebene Empfangseinrichtungen angeordnet. Diese können Austrittsspalte sein, deren gegenseitige Lage in Form einer Maske fixiert sind und denen Lichtleiter nachgesrhaltet sind, die das Licht von den Austrittsspalten wahlweise zu Empfängern leiten (DD-WP217626). Ebenfalls bekannt sind Anordnungen von Halbleiter-Empfängern in der Fokalebene.

Die aus der Technologie der Gitterherstellung resultierende Blazewinkal-Toleranz, die noch verstärkt wird durch Meßfehler bei der Prüfung der Gitter sowie Änderungen des wirksamen Blazewinkels infolge einer Unterschiedlichkeit zwischen Prüf- und Einsatzbedingungen ist meist so groß, daß die Ordnung, in der eine Spektrallinie am intensivsten erscheint, sich von Gitter zu Gitter verschieben kann, insbesondere bei hoher Ordnung am unteren Ende des Spektralbereiches. In einer bestimmten, für den Nominalwert des Blazewinkels günstigen Ordnung kann sich die Intensität um mehr als einen Faktor 10 (1 OdB) ändern. Die Folge ist eine wesentliche Verschlechterung der Nachweisgrenze.

Wird die Blazewinkel-Toleranz so stark eingeengt, daß sich die intensivste Ordnung der Linien nicht verschiebt, wird die Gitterausbeute stark eingeschränkt, was ebenfalls unökonomisch ist.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, mit vertretbarem ökonomischen Aufwand ein hohes Nachweisvermögen bei emissions- bzw. absorbtions-spektroskopischen Messungen zu gewährleisten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Einfluß einer Intensitätsvorschiebung von einer Ordnung zur anderen infolge der Blazewinkel-Toleranz zwischen verschiedenen Gittern auf die Nachweisgrenze zu vermindern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Empfangseinrichtung für Echelle-Polychromatoren gelöst, in denen ein Echelle-Gitter verwendet wird, dessen Blazewinkel innerhalb eines Blazewinkel-Toleranzbereiches liegt. Die Empfangseinrichtung besteht aus ortsfc ten, in einer Fokalfläche angeordneten Empfangselementen für Spektrallinien. Für mindestens einen Teil der Spektrallinien ist neben einem ersten Empfangselement ein weiteres vorgesehen.

Vorteilhafterweise sind die weiteren Empfangselemente für diejenigen Spektrallinien vorgesehen, für die ein Intensitätsverlust von mehr als 8dB infolge der Lage des Blazewinkels am Rande des Toleranzbereiches auftritt. Die intensivste Ordnung m in der eine Spektrallinie der Wellenlänge γ bei einem Soll-Blazewinkel ε₀ erscheint berechnet sich

oc sina + sin(2e₀ - α)

m = - g ι

wobei m auf die näc'istliegende ganze Zahl m zu runden ist. Hierbei sind

α der Gitter-Einfallswinkel und g der Gitter-Strichabstand.

Der maximal mögliche Intensitätsverlust in dB ergibt sich nach

„„. . π cos α sin α + sin (2 ε - α)

-20logsinc ^Lg-m ,

L cos(2ε - α) L y JJ

wobei für den Blazewinkel ε der jeweils ungünstigere Wert einzusetzen ist. Die sinc-Funktion ist als sine χ = sin x/x zu berechnen. Mit Δε für die Blazewinkel-Toleranz ist

ε = ε<> + Δε fürm<mund

ε = εο — Δε für m > m

einzusetzen. Das weitere Empfangselement ist bei Überschreiten der Grenze für den Intensitätsverlust in der Ordnung

m' = m + 1 für m > m und

m' = ni - 1 fürm < m

vorzusehen.

Es ist ebenfalls vorteilhaft, neben den Empfangselementen für die Spektral-Analyse solche für Justier- und Prüfzwecke vorzusehen. So ist es zur Prüfung des Blazewinkels günstig, eine der Prüf linien in zwei benachbarten Ordnungen mit Empfangselementen zu bestücken, auch wenn die Grenze für den Intensitätsverlust nicht überschritten wird. Empfangselemente in der Empfangsvorrichtung sind entweder Spalte einer Spaltmaske, von denen lichtführende Mittel zu Empfängern ausgehen oder Teile eines Halbleiter-Empfängers.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand derschsmatischen Zeichnung näher erläutert werden. Die Figur zeigt die Anordnung von Empfangselementen E in einem Teil der Fokalebene eines Polychromators, wie er z. B. in den DD-WP 217626 und 226962 beschrieben ist. In der Anordnung sind die Empfangselemente E für 134 Spektrallinien zu Analysenzwecken (meist zwei Linien je Element) und vier Spektrallinien für Justier- und Prüfzwecke entsprechend DD-WP260326 einem Wellenlängenbereich von 193 bis 852 nm vorgesehen. Auf der Grundlage der Daten

α = 68,2° - Gitter-Einfallswinkel

g = 13.3nm- Gitter-Strichabstand

ε₀ = 64,2° - Gitter-Blazewinkel

Δε = 0,5° - Blazewinkel-Toleranz

sind gemäß der Erfindung zu den 138 Empfangselementen E sowie 1 bis 6 zusätzlich weitere sechs Empfangselemente V bis 6' entsprechend dem Kriterium für den maximalen Intensitätsverlust hinzugefügt:

Nr.	Element	Wellenlänge	max. Intensitäts	Ersatzlinie
		(nrnl	verlust [dB]
1	As	193,70	8,5	1'
2	Hg	194,16	8,5	2'
3	Se	207,48	10,9	3'
4	B	208,96	8,2	4'
CJl	P	214,91	10,5	5'
6	Co	240,73	9,4	6'

Claims (5)

1. Empfangseinrichtung für Echelle-Polychromatoren mit einem Echelle-Gitter, dessen Blazevvinkel innerhalb eines Blazewinkel-Toleranzbereiches liegt, bestehend aus ortsfesten in einer Fokalfläche angeordneten Empfangselementen für Spektrallinien, gekennzeichnet dadurch, daß für mindestens einen Teil der Spektrallinien neben einem ersten Empfangselement ein weiteres vorgesehen ist.

2. Empfangseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die weiteren Empfangselemente für diejenigen Spektrallinien vorgesehen sind, für die ein Intensitätsverlust von mehr als 8dB infolge der Lage des Blazewinkels am Rande des Blazewinkel-Toleranzbereiches auftritt.

3. Empfangseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß neben den Empfangselementen für die Spektrallinien zur Spektralanalyse, Empfangselemente für Spektrallinien zu Justier- und Prüfzwecken vorgesehen sind.

4. Empfangseinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Empfangselemente Spalte einer Spaltmaske sind, von denen lichtführende Mittel zu Empfängern ausgehen.

5. Empfangseinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Empfangselemente Teile eines Halbleiter-Empfängers sind.