Методика расчета и технология изготовления вогнутых голограммных дифракционных решеток, записанных негомоцентрическими пучками

• Автор: Белокопытов, Алексей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 139 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Спектральные приборы

1.1. Спектральные приборы и их классификация

1.2. Современные спектральные приборы

1.2.1. Уникальные приборы и перспективные разработки

1.2.2. Серийные приборы

1.3. Дифракционные решетки

1.3.1. Классификация дифракционных решеток

1.3.2. Технология производства дифракционных решеток

Выводы
Глава 2. Спектрограф с вогнутой голограммной дифракционной
решеткой 2-го поколения
2.1. Методика расчета параметров голографирования и
аберрационных характеристик ВГДР 2-го поколения
2.2. Программное обеспечение для автоматизации расчетов
2.3. Расчет оптической схемы спектрографа, схем записи и
аберрационных характеристик ВГДР
Выводы
Глава 3. Технология изготовления вогнутых голограммных
дифракционных решеток 2-го поколения
3.1. Описание голографической установки
3.2. Программа расчета технологических параметров голографической установки для записи ВГДР 2-го поколения
3.3. Методика юстировки схемы для записи ВГДР 2-го поколения
3.4. Особенности экспонирования и обработки ВГДР
2-го поколения
3.5. Измерительный стенд для контроля оптических
характеристик дифракционных решеток
Выводы
ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время методы спектрального анализа широко применяются в различных областях науки и промышленности. Среди них металлургия; геология, химия, биология, медицина, криминалистика, фармацевтика, пищевая промышленность, мониторинг окружающей среды. До недавнего времени для решения широкого круга спектроскопических задач успешно применялись различные типы спектрографов, спектрометров и монохроматоров.
Развитие электроники привело к созданию мощной, компактной вычислительной техники - персональных, карманных компьютеров*, и ноутбуков. В то же время развитие технологии производства фотоприемных устройств привело к созданию миниатюрных многоканальных фотоприемников - фотодиодных линеек и матриц. Два этих фактора создали предпосылки для возникновения нового класса спектральных приборов - автоматизированных спектроанализаторов. Спектроанализатор это тип спектральных приборов, имеющий в своей основе оптическую систему спектрографа и регистрирующую часть на основе многоканального фотоприемника, сопряженного с компьютером. На сегодняшний день спектроанализаторы с многоканальными фотоприемниками фактически полностью вытеснили спектральные приборы с фотографической регистрацией и спектрометры.
Одной из важнейших частей любого спектрального прибора, определяющих его разрешение, рабочий спектральный диапазон, отношение сигнал/шум и другие технические характеристики, является диспергирующий элемент. Развитие технологий производства дифракционных решеток, и в частности голографии, практически вывело из употребления призменные приборы.
Анализ рынка современных спектральных приборов показывает, что жесткая конкуренция среди зарубежных производителей заставляет их постепенно отказываться от применения классических дифракционных
решеток я активно; разрабатывать спектрометры, на основе вогнутых голограммных дифракционных решеток (ВГДР) с коррекцией аберраций. Российские производители значительно отстают в освоении этого направленияг ,
Существенным недостатком классических вогнутых дифракционных решеток является, наличие значительных аберраций: астигматизма,
дефокусировки, меридиональной; и сагиттальной комы. Запись ВГДР при помощи- сферических волновых, фронтов (запись точечными* источниками) позволяет исправить дефокусировку, астигматизм и меридиональную кому. Однако для; светосильных приборов; и приборов; с высокой? дисперсией, качество; изображения; входной? щели при использовании записи; точечными источниками* оказывается; недостаточно, т.к.. начинает сказываться, влияние сагиттальной- комы. При использовании; многоканальных фотоприемников серьезною проблемой; может стать наличие астигматизма, значительно снижающего реальную светосилу прибора; Одним из наиболее эффективных средств повышения качества изображения,, даваемого ВГДР в плоскости регистрации, является коррекция аберраций на стадии записи; дифракционной решетки за счет намеренного искажения волновых фронтов лазерных пучков. Высокую степень коррекции аберраций обеспечивает запись ВГДР негомоцентрическими пучками, полученными, например, с помощью вогнутых зеркал (ВГДР 2-го поколения).
С учетом вышеизложенного, задача по разработке методов расчета схем записи ВГДР 2-го поколения и технологии их изготовления является весьма актуальной.
Целыо диссертационной работы является совершенствование методов расчета, изготовления и контроля ВГДР 2-го поколения? и разработка на их основе оптической системы спектрального прибора с улучшенными оптическими и эксплуатационными характеристиками..
Таблица 1.3. технические параметры серийно выпускаемых спектрометров на базе вогнутых дифракционных решеток.
Производитель Модель Оптическая схема Тип, частота решетки Спектральны й диапазон, нм Разрешени е, нм Примечания
Carl Zeiss AG MCSUV Спектрограф с Г олограммные 200...620 2,5-3 Используют
MCS UV/VIS плоским полем с коррекцией 300...720 фотодиодные
MCS VIS аберраций и 360...780 приемники
MCS NIR плоским полем 695...1100 Hamamatsu
MCS UV/NIR 190...1015 S 3904-512Q,S 3904-1024Q, (S 8381-1024Q, S 8381-512Q
MMS 1 MMS UV/VIS Спектрограф с плоским полем Вогнутые с плоским полем 310-1100 360-900 400-1100 Используют фотодиодные приемники Hamamatsu S 3904-256Q, S 8381-2
MCS CCD Спектрограф с плоским полем Голограммные с коррекцией аберраций и плоским полем 248 штр./мм, оптимизация для 250 нм 220-980 3-4 Используют фотодиодные матрицы Hamamatsu S 7031-906, S 7031-1