DE2251422B2 - Vorrichtung zur Aufspaltung eines aus einem Monochromator austretenden schmalbandigen Strahlenbündels - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung fcur Aufspaltung eines aus einem Monochromator austretenden schmalbandigen Strahlenbündels in mehrere räumlich getrennte Teilstrahlenbündel, von denen jedes einen Teilbereich des Gesamtspektralbereichs des Strahlenbündels einnimmt, wobei die Summe der Teilbereiche den Gesamtspektralbereich ergibt, mit einer Spiegelanordnung, die einen im Wege des Strahlenbündels angeordneten Zentralspiegel und eine der Anzahl der Teilstrahlenbündel entsprechende Anzahl von um den Zentralspiegel herum angeordneten Konkavspiegeln enthält, die von verschiedenen Oberflächenbereichen des Zentralspiegels reflektierte Strahlung jeweils auf einen Photovervielfacher lenken.

Solche Vorrichtungen dienen zur Ergänzung von Monochromatoren, um ein aus einem Monochromator austretendes schmalbandiges Strahlenbündel in mehrere räumlich getrennte Teilstrahlenbündel zu zerlegen. Solche Vorrichtungen werden insbesondere verwendet, wenn die Strahlung nur innerhalb sehr kurzer Zeitspannen auftritt und schwer reproduzierbar ist, so daß es nicht möglich ist, das Spektrum dieser Strahlung kontinuierlich oder schrittweise über die ganze Bandbreite hinweg zu untersuchen. Derartige Strahlungen fallen insbesondere auf dem Gebiet der Plasmaphysik, der Laserphysik oder beispielsweise auch bei Explosionsvorgängen an.

Zur Aufspaltung von aus einem Monochromator austretender Strahlung hat man bisher eine Anordnung von Glasfasern verwendet, die e.nen der Bre.te des Eintrittsspaltes des Monochromators entsprechenden Durchmesser aufweisen Derartige Anordnnnöen lassen sich jedoch im kurzwelligen Strah-SSrS insbesondere im UV-Spektralbereich nicht verwenden, da es nicht möglich ist geordnete Quarzfasern mit dem für diesen Strahlungsbereich erforderlichen Durchmesser herzustellen. Eine andere bekannte Maßnahme zum Aufspalten schmaler Spektralbereiche besteht darin, daß das von einem Monochromator gelieferte Bild des Eintrittsspaltes zunächst vererößert auf einen schmalen Facettenspiegel projiziert wird. Dabei betragen die Abmessungen der Spiegelflächen parallel zur Breite des Eintrittsspaltes des Monochromators ein Mehrfaches der Breite des Emtrittsspaltes Die in verschiedene Richtungen reflektierte Strahlung wurde bei dieser Anordnung mittels Umlenkspiegeln auf Photovervielfacher gelenkt (vergleiche dazu M. Keilhacker, H Herold J. Cooper D E Roberts in »Plasma Physics and controlled nuclear fusion research«. International Atomic Energy Agency, Vol. I S. 319, Wien 1«66 sowie »AppliedI Optics«, Vol. 5. Nr. 1, 1966, Seiten 174 und 175) Die Anordnung von Facettenspiegeln hat jedoch den Nachteil, daß die Herstellung solcher Spiegel mit der für die Aufspaltung von im UV-Bereich liegenden Spektrallinien nötigen Facettenbreite auf erhebliche Schwierigkeiten stößt, weil es notwendig ist, bei den Facettenspiegeln Facettenbreiten mit einer Abmessung von größenordnungsmäßig /₅₍₎ mm vorzusehen. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, daß sie es nicht ermöglicht, kontinuierlich aufgefächerte Strahlenbündel auszusondern. Nachteilig ist ferner der verhältnismäßig komplizierte Aufbau.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung zur Aufspaltung eines aus einem Monochromator austretenden schmalbandigen Strahlenbündels in mehrere räumlich getrennte Teilstrahlenbündel zu schaffen, die auch für den UV-Bereich anwendbar ist und die gleichwohl einen kompakten und widerstandsfähigen Aufbau aufweist, bei deren Verwendung keine optischen Bänke hoher Präzision erforderlich sind, und die daher ohne weiteres an einen Spektralapparat angeschlossen werden kann; außerdem soll die Vorrichtung leicht justierbar sein und auf einfache Weise die Aufspaltung verschiedener Spektralbänder ermöglichen; die Vorrichtung soll ferner einen möglichst einfachen Spiegelaufbau in einer raumsparenden Anordnung aufweisen und soll insbesondere eine bessere Auflösung ermöglichen als die bisher bekannten Vorrichtungen. Dennoch soll die Vorrichtung in wirtschaftlicher Weise herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß der Zentralspiegel ein Kreiszylinderspiegel ist, dessen Zylinderachse parallel zu der vom Eintrittsspalt des Monochromators vorgegebenen Längsrichtung des Querschnitts des Strahlenbündels ausgerichtet ist, und daß die Konkavspiegel auf einem Teilkreis, der in einersenkrecht auf der Zylinderachse stehenden Ebene liegt und seinen Mittelpunkt auf der Zylinderachse hat, derart angeordnet und so dimensioniert sind, daß jeder Konkavspiegel jeweils ein Teilstrahlenbündel aussondert, sowie derart gegen die Zylinderachse geneigt sind, daß der Strahlengang von den Konkavspie-

geln zu den Photovervielfachern durch den Kreiszylinderspiegel nicht behindert wird.

Ein großer Vorzug der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß keine Nachvergrößerung erforderlich ist, was auch den Vorteil einer raumsparenden Anordnung ergibt.

Durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung werden also die «on einem Monochromator auf den zylindrischen Spiegel fokussierten Spektrallinien infolge der kontinuierlichen Winkeländerung der zylindrischen Spiegelfläche aufgefächert. Die Anordnung der auf dem Teilkreis angeordneten Spiegel ist zweckmäßig so, daß die Abbildung der auf den zylindrischen Spiegel fallenden Strahlung ein Drittel der Mantelfläche nicht überschreitet. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist der Kreiszylinderspiegel auswechselbar angeordnet. Dadurch wird erreicht, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung auf einfache Weise an Strahlung verschiedener Linienbreiten anpaßbar ist. Sk) war es wie sich gezeigt hat - ohne weiteres möglich, Linienbreiten zwischen 1 A und 10 A zu messen. Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es - wie sich ferner gezeigt hat - möglich, Linienverbreiterungen von 0,1 A nachzuweisen. Ein weiterer Vorzug der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß der Meßbereich praktisch ohne Nachjustierung geändert werden kann. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung eignet sich daher insbesondere zur Temperaturbestimmung in Plasmen. Dabei werden die Temperaturen durch Messung von Linienverbreiterungen bestimmt. Sie eignet sich ferner zur Messung von Linien zur Dichtebestimmung in Plasmen und zur Messung von Linienverschiebungen nach dem Doppier-Effekt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch die Anordnung der Vorrichtung in Verbindung mit einem Monochromator,

Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1 im Schnitt,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 2

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, gelangt die Strahlung - beispielsweise eines Plasmas 1 - über die Optik 2 und den Reflektor 3 durch den verstellbaren Eintrittsspalt 4 in den Monochromator 5 und wird von diesem auf den Kreiszylinderspiegel 6 fokussiert. Dabei wird die fokussierte Strahlung infolge der kontinuierlichen Winkeländerung der Mantelfläche des zylindrischen Kreiszylinderspiegels 6 aufgefächert. Von dem Kreiszylinderspiege! 6 wird die Strahlung dann

ίο auf auf einem Teilkreis angeordneten Konkavspiegeln 7 reflektiert und dadurch in Teilbereiche aufgeteilt. Die verschiedenen, unterschiedliche Intensität aufweisenden Strahlenbündel werden von den auf dem Teilkreis angeordneten Konkavspiegeln 7 auf die mit - in der Zeichnung nicht dargestellten - Anzeigern in Verbindung stehenden Photovervielfachern 8 gelenkt. Die Breite der Konkavspiegel 7 ist abhängig von dem Abstand des Teilkreises, auf dem die Konkavspiegel 7 angeordnet sind, von der Mantelfläche

ao des Kreiszylinderspiegels 6. Sie ist außerdem abhängig von dem Reflexionswinkel, der von dem Kreiszylinderspiegel 6 auf sie auftreffenden Strahlung. Unter Berücksichtigung der vorbezeichneten Abhängigkeit ist die Breite der auf dem Teilkreis angeordneten

»5 Konkavspiegel 7 so bemessen, daß die Breite der von den Konkavspiegeln 7 reflektierten Strahlung der um den für alle Konkavspiegel 7 gleichen Proportionalitätsfaktor vergrößerten Breite des Eintrittsspaltes des Monochromators 5 entspricht.

Wie aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, ist der Kreiszylinderspiegel 6 mittels einer justierbaren Halterung 10 auf einer Grundplatte 9 innerhalb einer Haltevorrichtung 11 für die auf einem Teilkreis angeordneten Konkavspiegel 7 - von denen in Fig. 2 nur zwei dargestellt sind - so befestigt, daß die Konkavspiegel 7 auf einem Teilkreis angeordnet sind, dessen Mittelpunkt auf der Achse des Kreiszylinderspiegels 6 liegt. Die auf dem Teilkreis angeordneten Konkavspiegel 7 weisen dabei - wie aus Fig. 2 hervorgeht

♦o - eine solche Neigung gegenüber der Senkrechten auf, daß der Strahlengang von den Konkavspiegeln 7 zu den Photovervielfachern 8 nicht behindert wird. Die Zahl der Photovervielfacher 8 entspricht der Zahl der auf dem Teilkreis angeordneten Konkavspiegel 7.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Aufspaltung eines aus einem Monochromator austretenden schmalbandigen Strahlenbündels in mehrere räumlich getrennte Teilstrahlenbündel, von denen jedes einen Teilbereich des Gesamtspektralbereiches des Strahlenbündels einnimmt, wobei die Summe der Teilbereiche den Gesamtspektralbereich ergibt, mit einer Spiegelanordnung, die einen im Wege des Strahlenbündels angeordneten Zentralspiegel und eine der Anzahl der Teilstrahlenbündel entsprechende Anzahl von um den Zentralspiegel herum angeordneten Konkavspiegeln enthalt, die von verschiedenen Oberflächenbereichen des Zentralspiegels reflektierte Strahlung jeweils auf einen Photovcrvielfacher Unken, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralspiegel ein Kreiszylinderspiegel (6) ist, dessen Zylinderachse parallel zu der vom Eintrittssr<alt (4) des Monochromator

(5) vorgegebenen Längsrichtung des Querschnittes des Strahlenbündels ausgerichtet ist, und daß die Konkavspiegel (7) auf einem Teilkreis, der in einer senkrecht auf der Zylinderachse stehenden Ebene liegt und seinen Mittelpunkt auf der Zylinderachse hat, derart angeordnet und so dimensioniert sind, daß jeder Konkavspiegel jeweils ein Teilstrahlenbündel aussondert, sowie derart gegen die Zylinderachse geneigt sind, daß der Strahlengang von den Konkavspiegeln (7) zu den Photovervielfachern (8) durch den Kreiszylinderspiegel

(6) nicht behindert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krebzylinderspiegel (6) auswechselbar angeordnet ist.