Спектральные приборы с плоскими дифракционными решетками

Обзор оптических схем спектрометров

Спектрометры, используемые в АЭС анализе, с одной стороны должны одновременно иметь широкий спектральный диапазон, а с другой - иметь большое разрешение. Спектральный диапазон, используемый для АЭС анализа, составляет 115-900нм. Рассмотрим некоторые оптические схемы существующих спектрометров для АЭС анализа.

Призменные спектрометры

Общая оптическая схема призменного спектрометра приведена на рис. 2.1 По такой схеме построены спектрометры ИСП-30 и ИСП-28. Призменные спектрографы в коротковолновой области спектра имеют хорошую дисперсию, позволяющую их использовать для решения многих задач. К недостаткам призменных спектрометров следует отнести нелинейность дисперсии, невозможность работы в вакуумном ультрафиолете из-за поглощения света материалом призмы, а также малое относительное отверстие, и как следствие этого - малую светосилу спектрометра.

Спектральные приборы с плоскими дифракционными решетками

В отличие от призменных приборов спектральные приборы с плоскими дифракционными решетками имеют линейную одномерную дисперсию с возможностью выбора оптимума между спектральным диапазоном и разрешением путем использования дифракционных решеток с разным количеством штрихов на мм.

Наибольшее распространение получили спектрографы, построенные по схеме Эберта. Коллиматорным и камерным объективами в ней служат различные части одного и того же вогнутого зеркала. Схема Эберта использована в длиннофокусных дифракционных спектрографах ДФС-13 (f=4 м) и ДФС-8, PGS-2. В таких приборах спектр обычно не помещается целиком на одной фотопластинке. Для охвата всей рабочей области спектра предусмотрен поворот решетки. Различают горизонтальную и вертикальную схемы Эберта [6].

Фокальная поверхность в данной схеме из-за ахроматичности зеркал представляет собой цилиндр с радиусом, близким к , и поэтому в некоторых приборах для получения плоского спектра используется полевая линза О (на рис. 2.2 она показана пунктиром).

В вертикальной схеме Эберта входная щель, середина спектра, центр решётки и оптическая ось общего коллиматорно - камерного зеркала лежат в одной плоскости, параллельной штрихам решётки (рис.2.3). Щель, параллельная штрихам решётки, расположена над решёткой, спектр - симметрично под ней. Данная схема относится к Z-схемам, и поэтому в центральной части спектра компенсируется меридиональная кома.

Схемы с плоскими дифракционными решётками обладают некоторыми недостатками, такими как:

для получения широкой области спектра хорошего качества в плоскости фотопластинки спектрометры с плоской дифракционной решёткой имели большие фокусы зеркальных объективов.

ограничение по величине относительного отверстия (ограничение по величине нарезанной части (на имеющемся технологическом уровне сложно нарезать плоскую дифракционную решётку размером больше 100x100мм))

большой дрейф спектральных линий относительно системы регистрации, связанный с температурными деформациями большого корпуса, являющегося несущей конструкцией спектрометра, на которой закреплены элементы оптической схемы. Этот факт затруднял использование ФЭУ в качестве системы регистрации.

оптические схемы спектральных приборов с плоскими дифракционными решётками имеют коллиматорные и фокусирующие зеркала, что уменьшает светопропускание прибора, повышает уровень рассеянного в приборе света, усложняет конструкцию и юстировку прибора.