Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Обычно аподизация осуществляется диафрагмированием дифракционных решеток СИСАМ ромбическими диафрагмами, диагонали которых параллельны или перпендикулярны граням решетки. В этом случае теоретическая разрешающая способность будет такой же, как и у обычного дифракционного прибора с бесконечно узкой щелью, т. е. будет определяться формулой (96).
Размер входной диафрагмы выбирают таким, чтобы разность хода лучей, идущих через входную диафрагму конечного размера, не превышала Я. В противном случае перемещение одной из решеток не будет вызывать модуляцию светового потока, а при Д = Я контраст интерференционной картины упадет до нуля. Чтобы полностью реализовать теоретическую разрешающую способность, размер диафрагмы выбирают таким образом, чтобы разность хода между осе-
2яЯ-^гра = 2,14,
откуда
п _____. “ ___
Ы ~~ Ьа
л, 3?? tg
(204)
Р
197
Рис. 147. Принципиальные схемы СИСАМ на базе интерферометра Майкельсона:
1 — светоделитель; '2 — пластина; 3 — дифракционная решетка; 4 — зеркало
вым и краевым лучами, проходящими через диафрагму, не превышала величины X/2. В этом случае угловой диаметр диафрагмы AQ, т. е. угол, под которым она видна из центра выходного объектива, определяется выражением
ЛП___ 2пк _____’ 2л:
2? tg
С увеличением AQ переменная составляющая светового потока возрастает незначительно, а теоретическая разрешающая способность уменьшается.
Светосила СИСАМ по потоку определяется формулой
= ФIL\ = AQSA?i
для сплошного спектра и
gn = Ф/L = т*. AQS
для линейчатого, где S — площадь дифракционной решетки.
Сравнение светосилы СИСАМ и дифракционного щелевого прибора (при одинаковой теоретической разрешающей способности) показывает, что СИСАМ имеет большую в г\ раз светосилу:
__ я
^ 2AtjTtg^T"?
где А^|) = h'//2 — угловая высота щели; ра — угол дифракции при автоколлимационной установке решетки.
В СИСАМ с аподизированной аппаратной функцией потери света удваиваются за счет диафрагмирования решетки и наличия светоделительного зеркала. Поэтому
1 __ л
^ — 4Aij? tg Ра *
Для А\|) = 0,01, tg (За = 0,3 (Ра = 17°) величина ц 250.
Оптические схемы СИСАМ. Первоначально СИСАМ строились по схеме интерферометра Майкельсона, в котором концевые зеркала были заменены дифракционными решетками (рис. 147, а). Схема имеет недостатки: нестабильность интерференционной картины и сложность обеспечения параллельности плоскостей и штрихов ре-
198
Рис. 148. Принципиальные схемы СИСАМ с одной решеткой со штрихами симметричного профиля:
1 — зеркала; 2 — дифракционная решетка; 3 — дополнительное зеркало
шеток. Более стабильна схема, показанная на рис. 147, б, где две дифракционные решетки укреплены на одном столике.
Кроме схем на основе интерферометра Майкельсона предложен ряд других оптических систем (рис. 148). В приборе на рис. 148, а применена дифракционная решетка с симметричным профилем штрихов, при этом используются как положительные, так и отрицательные порядки дифракционных спектров. Изменение разности хода, т. е. модуляция излучения, достигается либо поступательным движением одного из зеркал вдоль оси пучка, либо смещением решетки в плоскости ее штрихов в направлении, перпендикулярном штрихам. Для сканирования спектра используется одновременный поворот обоих зеркал в противоположных направлениях. Вследствие двукратной дифракции каждого пучка на решетке примерно вдвое увеличивается разрешающая способность прибора, однако возрастают световые потери. Поскольку прибор не содержит преломляющих оптических элементов, его целесообразно использовать в дальней ИК области. Недостаток рассмотренной схемы — сложность конструкции механических узлов.
Более простой является схема с дополнительным зеркалом для модуляции излучения (рис. 148, б), при которой конструкция упрощается за счет того, что решетки необходимо поворачивать в одну сторону.
Дальнейшие повышения стабильности достигаются применением схем с обратно-круговым ходом лучей (рис. 149) [101. В схеме на рис. 149, а параллельный пучок лучей падает на дифракционную решетку симметричного профиля, которая одновременно является делителем падающего пучка на два. Разделенные интерферирующие пучки проходят элементы оптической схемы в противоположных направлениях — один по часовой стрелке, другой — против. Главным преимуществом обратно-круговых схем является то, что погрешности, вносимые каким-либо элементом, компенсируются в обеих ветвях. Это повышает стабильность и устойчивость к внешним воздействиям. Роль модулятора выполняет колеблющаяся пластинка. Для компенсации разности хода в другую ветвь прибора также установлена пластинка.
199
V
Рис. 149. Принципиальные схемы СИСАМ с обратно-круговым ходом лучей:
/, 5 — зеркала; 2 — дифракционные решетки; 3 — пластинка-компенсатор; 4 — пластинка-модулятор; 6 — светоделитель
В схеме с двумя решетками (рис. 149, б) модуляция излучения также осуществляется пластинкой (модулятором), которая поворачивается вокруг горизонтальной оси, изменяя разность хода в этой половине пучка. В каждом из каналов дисперсии решеток складываются, однако направления их в разных каналах противоположны. Это обеспечивается соответствующим расположением решеток и установкой между ними зеркала.
