DD279308A1

DD279308A1 - Echelle-doppel-spektrometer in tetraeder-anordnung

Info

Publication number: DD279308A1
Application number: DD32470088A
Authority: DD
Inventors: Helmut Becker-Ross; Stefan Florek
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1988-12-30
Filing date: 1988-12-30
Publication date: 1990-05-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Echelle-Doppelspektrometer in Tetraeder-Anordnung. Mit ihr wird eine verlustfreie Kopplung zweier simultan messender Echelle-Spektrometer fuer die Spektralphotometrie an Strahlungsquellen mit geringem Lichtleitwert realisiert. Erfindungsgemaess sind zwei Echelle-Spektrometer in Tetraeder-Anordnung mit einer gemeinsamen Eintrittsspaltanordnung (1.1, 1.2) solcherart miteinander gekoppelt, dass fuer beide Spektrometer der Teilabschnitt der optischen Achse zwischen Eintrittsspaltanordnung (1.1, 1.2) und Kollimatorspiegel (2, 7) identisch ist, dass beide Spektrometer um 180 um den o. g. Teilabschnitt der optischen Achse gegeneinander verdreht sind, dass die beiden Kollimatorspiegel (2, 7) hintereinander angeordnet sind und dass der vordere Kollimatorspiegel (7) auf einer Kreisbahn verschiebbar ist, deren Mittelpunkt sein Kruemmungsmittelpunkt ist. Figur

Description

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Echelle-Doppel-Spektrometer in Tetraeder-Anordnung, bestehend aus einer Eintrittsspaltanordnung, zwei sphärischen Kollimatorspiegeln, zwei Echelle-Gittern, zwei sphärischen Kameraspiegeln und .wei Fokalflächen, wobei jeweils ein Kollimatorspiegel, ein Echelle-Gitter, ein Kameraspiegel und eine Fokalflacht! zusammen mit der gemeinsamen Eintrittsspaltanordnung ein Echelle-Spektrometer in Tetraeder-Anordnung bilden.

Ein derartiges Echelle-Doppel-Spoktrometer ist erfindungsgemäß in nachstehend beschriebener Weise ausgebildet. Für beide Spektrometer ist der Teilabschnitt der optischen Achse zwischen Eintrittsspaltanordnung und Kollimatorspiegel identisch. Beide Spektrometer sind um den genannten Teilabschnitt dsr optischen Achse um 180° gegeneinander verdreht angeordnet. Die beiden Kollimatorspiegel sind auf der optischen Achse hintereinander angeordnet. Der der Eintrittsspaltanordnung näher gelegene Kollimatorspiegel ist in seiner Ablenkebene verschiebbar. Seine Bewegungslinie stellt eine Kreisbahn dar, deren Mittelpunkt der Krümmungsmittelpunkt des verschiebbaren Kollimatorspiegels ist.

Zur Ordnungstrennung kann aber auch in mindestens einer der beiden einzelnon Tetraeder-Anordnungen der Kameraspiegel als konkaves Beugungsgitter in Wadsworth-Anordnung ausgebildet sein, dessen Dispersionsebene der Ablenkebene des Kameraspiegels entspricht.

Die Verschiebung des vorderen, verschiebbaren Kollimatorspiegels bewirkt eine teilweise oder vollständige Abschattung des hinteren, feststehenden Kollimatorspiegels und damit die Aufteilung der durch die Eintrittsspaltanordnung einfallenden Strahlung auf die beiden Teilspektrometer.

Durch die Bewegung auf der o.g. speziellen Kreisbahn ist der verschiebbare Kollimatorspiegel in jeder Position bezüglich der zugehörigen Tetraeder-Anordnung ideal justiert. Zur Astigmatismuskorrektur wird in der Tetraeder-Anordnung die Aufteilung des Eintrittsspaltes in zwei senkrecht zueinander angeordnete Teilspalte, und zwar den Hauptspalt in Richtung der Echelle-Gitter-Dispersion und den Querspalt in Richtung der Querdispersion mit unterschiedlichem Abstand zum Kollimatorspiegel benutzt. Die Abstandsdifferenz zwischen den Spaltkomponenten ist eine Funktion der Radien der sphärischen Spiegel und der ablenkenden Winkel an den sphärischen Spiegeln und am Echelle-Gitter. Für das erfindungsgemäße Echelle-Doppel-Spektrometer werden für die beiden einzelnen Tetraeder-Anordnungen die Radien und Winkel derart festgelegt, daß die Bedingung der Astigmatismuskorrektur in beiden Anordnungen durch die gleiche Abstandsdifferenz zwischen den Spaltkbmponenten des Eintrittsspaltes erfüllt ist. Eine Lösung für diese Aufgabe existiert nur für den Fall der Verdrehung der beiden Anordnungen um 180° gegeneinander.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung ist die erfindungsgemäße optische Anordnung schematisch dargestellt. ImFaI11 befindet sich der verschiebbare Kollimatorspiegel 7 in der Pos. 1. Die einfallende Strahlung gelangt von der Strahlungsquelle 11 durch iie Eintrittsspaltanordnung 1.1,1.2 auf den feststehenden Kollimatorspiegel 2. Das unter dem Winkel Θ reflektierte Licht durchsetzt das Dispersionsprisma 3 und fällt auf das Echelle-Gitter 4. Der vom Gitter 4 unter dem Winkel θ ι abgelenkte Strahl durchsutzt erneut das Dispersionsprisma 3 und fällt auf den Kameraspiegel 5. Von dort wird er unter dem Winkel a₂ in die Fokalebene 6 reflektiert, in welcher die Spektralelemente des durch Prisma 3 und Echelle-Gilter 4 definierten Spektralbereichen mit minimalem Abbildungsfehler abgebildet werden. Es gilt

Im Fall 2 befindet sich der verschiebbare Kollimatorspiegel 7 in der Pos. 2. Die einfallende Strahlung gelangt von der Strahlungsquelle 11 durch dio Eitnrittsspaltanordnung 1.1,1.2 auf den verschiebbaren Kollimatorspiegel 7. Das unter dem Winkel a₃ reflektierte Licht fällt auf die Echelle-Gitter 8.

Der vom Gitter unter dem Winkel Q₂ abgelenkte Strahl fällt auf das Konkavgitter 9, welches in Wadsworth-Anordnung die Strahlung um den Winkel a_A ablenkt und bei einem Beugungswinkol von annähernd 0° die verschiedenen Spektralelemente mit minimalem Abbildungsfehler in die Fokalebeno 10 abbildet.

Bei jeder Position des verschiebbaren Kollimatcspiegels 7 zwischen Pos. 1 und Pos. 2 gelangt jeweils ein Teil der einfallenden Strahlung auf den Kollimatorspiegel 2, der restliche Teil auf den Kollimatorspiegel 7. Jeder Anteil durchläuft dann die jeweiligen Teilspektrometer in der oben beschriebenen Weise, so daß eine stufenlose Aufteilung der Strahlung auf die beiden Teilspektrometer realisiert werden kann.

Der in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Aufbau wird mit folgenden Parametern realisiert:

Krümmungsradien: R(2* = R(5) = 750mm

Gitterstrichzahlen und Blazewinkel:

= 75L/mm,0_e(4) = = 15OL/mm0_B(8)

N(9) = 600 L/mm Θ_Β(9) Prismenwinkel: ε(3)=18° Prismenmaterial: Quarz Ablenkwinkel: 01=02 = 6°

a₃ = a₄ = 6°

Θ, = 8°

G₂ = 10°

Aufstellungsorte und Aufstellungswinkel, bezogen auf ein kartesisches Koordinatensystem mit dem Koordinatonursprung im Scheitelpunkt des festen Kollimatorspiegels 2 sind aus der Tabelle ersichtlich.

Das optische System ist für die Wellenlängenbereiche von 190nm-350nm für das Teilspektrometer mit prismenquerdisperser 3 und von 110nm-195nm für das Teilspektrometer mit Konkavgitterquerdisperser 9 ausgelegt. Die Ausdehnung der Fokalflächen beträgt ^für beide Teilspektrometer jeweils 20mm χ 20mm. Das spektrale Auflösungsvermögen λ/Δλ ist für beide Teilspektrometer größer 4· 10⁴.

Tabelle

Bauelementekoordinaten für das VUWUV-Echelle-Doppel-Spektrometer gemäß Ausführungsbeispiel

Bauelemente	X	Koordinaten	0	Z	0	0	Drehung	0
	374,5	[mm\|	0	0	90°		l°l	0
	377,4	y		Ü	- Koordinatenursprung-	0	<Pv
Querspalt (1.2)		0		0		0	0
Hauptspaltfl.1)	0				0	0
Kollimator		-36		11	0		7,7°
spiegel (UV) (2)	342,5				— 3°
Prisma		-33	0	0		-3,5°
(1.Fläche)(3)	404	-0.5	58		-4°	9°
Echellegitter	5			0
(UV) (4)		-78,5	6		22°	9"
Kameraspiegel (5)	366			0	-8°
Fokalfläche		0	0	0		0
(UV) (6)	25				— 8°
Kollimatorspiegel		34	0	0		-6°
!VUV) (7)	348	0,5	-57	3°	-12°
Echellegitter	30
(VUV) (8)		78	3	-21°	-12"
Kameragitter (9)	366		+ιο
Fokalfläche
(VUV)(IO)	ί o°

(Hinter die Bezeichnung der Bauelemente sind in Klammern die Bezugszeichen It Ausführungsbeispiel und Zeichnung gesetztl)

Claims

1. Echelle-Doppel-Spektrometer in Tetraeder-Anordnung, bestehend aus einer Eintrittsspaltanordnung, zwei sphärischen Kollimatorspiegeln, zwei Echelle-Gittern, zwei sphärischen Kameraspiegeln und zwei Fokalflächen, wobei jeweils ein Kollimatorspiegel, ein Echelle-Gitter, ein Kameraspiegel und eine Fokalfläche zusammen mit der gemeinsamen Eintrittsspaltanordnung ein Echelle-Spektrometer in Tetraeder-Anordnung bilden, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Spektrometer der Teilabschnitt der optischen Achse zwischen Eintrittsspaltanordnung (1.1; 1.2) und Kollimatorspiegel (2,7) identisch ist, daß beide Spektrometer um den genannten Teilabschnitt der optischen Achse um 180° gegeneinander verdreht sind, daß die beiden Kollimatorspiegel (2,7) auf der optischen Achse hintereinander angeordnet sind, daß der der Eintrittsspaltanordnung (1.1,1.2) näher gelegene Kollimatorspiegel (7) in seiner Ablenkebene verschiebbar ist und die Bewegungslinie des verschiebbaren Kollimatorspiegels (7) eine Kreisbahn darstellt, deren Mittelpunkt der Krümmungsmittelpunkt des verschiebbaren Kollimatorspiegels (7) ist.

2. Echelle-Doppel-Spektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ordnungstrenniing in mindestens einer der beiden einzelnen Tetraeder-Anordnungen ein Dispersionsprisma (3) in doppeltem Durchgang vor dem Echelle-Gitter (4) eingesetzt ist.

3. Echelle-Doppel-Spektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ordnungstrennung in mindestens einer der beiden einzelnen Tetraeder-Anordnungen der Kameraspiegel als konkaves Beugungsgitter (9) in Wadsworth-Anordnung ausgebildet ist, dessen Dispersionsebene der Ablenkebene des Kameraspiegels entspricht.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung i«t anwendbar in Geräten für die spektralphotometrische Untersuchung von Strahlungsquellen.

Charakteristik des bekannten Stande" <Jt Technik

Anordnungen zur Aufteilung der Strahlung einer Strahlungsquelle auf zwei oder mehrere simultan messende Spektrometer sind an sich bekannt. Dabei wird durch mindestens einen teildurchlässigen feststehenden Spiegel oder mindestens einen bewegten hochreflektierenden Spiegel die Aufteilung der Strahlung realisiert, d. h. für mindestens einen der Teilstrahlengänge tritt eine zusätzliche Reflexion auf.

Weiterhin sind Anordnungen von zwei oder mehreren sequentiell messenden Spektrometeranordnungen mit einem gemeinsamen Eintrittsspalt bekannt, wobei durch wahlweisen Austausch eines oder mehrerer der optischen Bauelemente jeweils eine und zwar nur eine der Spekirometeranordnungen zur Messung aktiviert wird (Proceedings of SPIE, Vol. 627 [19861 S. 350-362). Für den Fall der Messung von Spektren solcher Strahlungsquelle^ deren Lichtleitwert kleiner oder gleich dem Lichtloitwert der Spektrometer ist, z. B. Sterne bei Beobachtung mit Teleskopen, und deren Spektren den Einsatz von zwei separaten Spektrometern erforderlich machen, z.B. Weitbereichsspektren einschließlich UV- und VUV-Bereich, haben die o.g. Anordnungen die Nachtoüe der zusätzlichen Reflexionsverluste und/oder der Unmöglichkeit der gleichzeitigen Messung.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Echelle-Spektrometer verfügbar zu haben, mit dem simultan in einem ausgedehnten Wellenlängenbereich spektralphotometrische Untersuchungen von Strahlungsquellen durchgeführt werden können.

Darlegung des Wesens der Erfindung

De' Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, welche die optische Kopplung zweier simultan messender Echelle-Spektrometer realisiert, wobei eine stufenlose Aufteilung der durch die Eintrittsspaltanordnung einfallenden Strahlung auf die beiden Teilspektrometer möglich sein soll und die Einrichtung zur Aufteilung der Strahlung keine zusätzlichen Strahlungsverluste bewirkt.