многофункциональный абсорбционный спектрометр
Классы МПК: | G01J3/42 абсорбционная спектрометрия; двулучевая спектрометрия; мерцающая спектрометрия; отражательная спектрометрия |
Автор(ы): | Жовтянский Виктор Андреевич (UA) |
Патентообладатель(и): | Киевский университет им. Тараса Шевченко (UA) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-07-21 публикация патента:
27.01.2002 |
Изобретение относится к спектроскопии. Сущность изобретения состоит в том, что устройство содержит спектральный прибор с фокусирующей системой бифокального типа, блок формирования просвечивающего излучения с апертурной диафрагмой и два приемника изображения. Оба приемника удалены от плоскости выходной щели спектрального прибора на величину разности фокусных расстояний. Один из них оптически сопряжен с исследуемым объектом, а другой - с исследуемым объектом и одновременно с блоком формирования просвечивающего излучения через действующее отверстие диафрагмы. Технический результат: улучшение временного разрешения устройства при сохранении его спектрального разрешения. 3 з. п. ф-лы, 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
Формула изобретения
1. Многофункциональный абсорбционный спектрометр, содержащий спектральный прибор с фокусирующей системой бифокального типа и приемник изображения, отличающийся тем, что в него введены второй приемник изображения и блок формирования просвечивающего излучения с апертурной диафрагмой, оба приемника изображения удалены от плоскости выходной щели спектрального прибора на величину разности фокусных расстояний, причем один из них оптически сопряжен с исследуемым объектом, а другой - с исследуемым объектом и одновременно с блоком формирования просвечивающего излучения через действующее отверстие диафрагмы. 2. Многофункциональный абсорбционный спектрометр по п. 1, отличающийся тем, что действующее отверстие апертурной диафрагмы выполнено в форме полукруга, ограничивающая хорда которого оптически сопряжена с выходной щелью спектрального прибора. 3. Многофункциональный абсорбционный спектрометр по п. 1, отличающийся тем, что апертурная диафрагма дополнительно содержит нейтральный светофильтр, размещаемый симметрично по отношению к ее действующему отверстию. 4. Многофункциональный абсорбционный спектрометр по п. 2, отличающийся тем, что между блоком формирования просвечивающего излучения с апертурной диафрагмой и объектом излучения введена бифокальная осветительная система так, что в продольной плоскости, проходящей поперек выходной щели спектрального прибора, она фокусирует исследуемый объект в центр кривизны вогнутого зеркала, а в перпендикулярной к ней продольной плоскости - на поверхность вогнутого зеркала.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению, в частности к устройствам высокого временного, пространственного и спектрального разрешения. Известны спектрометрические устройства, содержащие интерферометр Фабри-Перо, спектральный прибор с фокусирующей системой, приемник изображения и блок формирования просвечивающего излучения за исследуемым объектом, например плазмой [1] . Регистрация контуров спектральных линий с просвечиванием и без просвечивания осуществляется поочередно, раздельно во времени. Недостаток этого технического решения состоит в его ограниченной применимости, а именно только для исследования стационарных процессов. Другим принципиальным его недостатком является одноканальный режим, т. е. невозможность одновременного измерения излучательных и поглощательных характеристик исследуемого объекта. Известны скоростные спектрометры со скрещенной дисперсией, содержащие интерферометр Фабри-Перо, объектив, спектральный прибор предварительной монохроматизации и диссектор. При этом оптическая система является бифокальной, имея различные фокусные расстояния во взаимно перпендикулярных продольных сечениях, причем выходная щель спектрального прибора совмещена, как обычно, с первой фокальной плоскостью, а фотокатод диссектора - со второй (прототип) [2] . Указанные приборы имеют относительно небольшие габариты, значительные светосилу, спектральное и временное разрешения. Однако они пригодны для измерения только излучательных характеристик различных объектов. В основу изобретения поставлена задача создания такого многофункционального абсорбционного спектрометра, в котором благодаря разделению лучей, излучаемых собственно плазмой, и суммарного излучения плазмы и просвечивающего излучения, а также введению второго канала регистрации излучения можно осуществлять одновременную регистрацию излучательных и поглощательных характеристик плазмы, т. е. существенно улучшить временное разрешение устройства при сохранении его спектрального разрешения, определяемого интерферометром Фабри-Перо. Дополнительно в основу изобретения поставлена задача создания такого многофункционального абсорбционного спектрометра, в котором благодаря совмещению в пространстве прямого и отраженного лучей для каждой точки исследуемого объекта обеспечивается возможность измерения спектральных характеристик для пространственно неоднородных объектов. Поставленная задача решается тем, что в спектрометр, содержащий спектральный прибор с фокусирующей системой бифокального типа и приемник изображения, введены второй приемник изображения и блок формирования просвечивающего излучения с апертурной диафрагмой. Согласно изобретению приемники изображения удалены от плоскости выходной щели спектрального прибора на величину разности фокусных расстояний, причем один из них оптически сопряжен с исследуемым объектом, а другой - с исследуемым объектом и одновременно с блоком формирования просвечивающего излучения через действующее отверстие диафрагмы. Оптимальное выполнение последней - в форме полукруга, ограничивающая хорда которого оптически сопряжена с выходной щелью спектрального прибора. Апертурная диафрагма может также дополнительно содержать нейтральный светофильтр, размещаемый симметрично по отношению к ее действующему отверстию. Кроме того, согласно изобретению между блоком формирования просвечивающего излучения с апертурной диафрагмой и исследуемым объектом может быть введена бифокальная осветительная система так, что в продольной плоскости, проходящей поперек выходной щели спектрального прибора, она фокусирует исследуемый объект в центр кривизны вогнутого зеркала, а в перпендикулярной ей продольной плоскости - на поверхность вогнутого зеркала. На фиг. 1 схематично представлен ход лучей в предлагаемом многофункциональном абсорбционном спектрометре в варианте, когда просвечивание осуществляют отраженным излучением самого объекта исследований, в плоскости поперек выходной щели спектрального прибора, а на фиг. 2 - в плоскости вдоль нее. Фиг. 3 представляет возможные варианты конструкций одного из элементов спектрометра - апертурной диафрагмы. На фиг. 4 представлен ход лучей в многофункциональном абсорбционном спектрометре в варианте, содержащем дополнительную бифокальную осветительную систему в плоскости поперек выходной щели спектрального прибора, а на фиг. 5 - в плоскости вдоль нее. Устройство содержит блок формирования просвечивающего излучения 1 (в его качестве может использоваться отдельный источник излучения с осветительной системой либо, как показано на фигурах, вогнутое зеркало, отражающее собственное излучение исследуемого объекта), апертурную диафрагму 2, фокусирующую систему, в которую могут входить сферические 3 и 4 и цилиндрическая 5 линзы, между ними может быть введен интерферометр Фабри-Перо 6, спектральный прибор 7 (оптическая схема которого условно представлена одной линзой) с выходной щелью 8 и приемники излучения 9; показан также в качестве исследуемого объекта плазменный источник излучения цилиндрической формы 10; кроме того, на фиг. 4 и 5 осветительная система афокального типа представлена сферической 11 и цилиндрической 12 линзами, а фокусирующая система 13 представлена обобщенно. Многофункциональный абсорбционный спектрометр работает следующим образом. Излучение исследуемого объекта 10 через фокусирующую систему 3-5 попадает в спектральный прибор 7. Здесь происходит его разделение по спектральным составляющим, фокусируемым в первой фокальной плоскости спектрального прибора 7, часть которых проходит через его выходную щель 8, как показано на фиг. 1. Однако в плоскости, перпендикулярной направлению дисперсии спектрального прибора 7, фокусирование исследуемого излучения происходит дальше - на величину разности фокусных расстояний![многофункциональный абсорбционный спектрометр, патент № 2178875](/images/patents/291/2178006/916.gif)
1. И. Д. Баранова, Н. С. Цхай. Определение концентрации атомов в плазме //Журнал прикладной спектроскопии. -1977. Т. 26, вып. 3. С. 413-416. 2. А. с. 1763903 (СССР). Скоростной спектрометр //Веклич А. Н. , Жовтянский В. А. , Новик О. М. 3. В. А. Жовтянский. Скоростная томографическая спектроскопия плазмы //Инженерно-физич. журнал. 1992. Т. 62, 5. С. 758-764. 4. А. Гейдон, И. Герл. Ударная труба в химической физике высоких температур. - М. : Мир. 1966. С. 234. 5. И. В. Подмошенский, В. М. Шелемина. Определение поглощения аналитических спектральных линий дуги и искры //Оптика и спектроскопия. - 1959. Т. 6, вып. 6. С. 813-815.
Класс G01J3/42 абсорбционная спектрометрия; двулучевая спектрометрия; мерцающая спектрометрия; отражательная спектрометрия