Оптические схемы спектральных приборов с неклассическими дифракционными решетками и многоэлементными приемниками оптического излучения

• Автор: Марков, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 141 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Спектральные приборы с вогнутыми дифракционными решётками

1.1. Оптические системы спектральных приборов с ВДР

1.1.1. Основные характеристики оптических систем спектральных приборов с ВДР

1.1.2. Критерии качества спектрального изображения

1.2. Расчёт аберрационных характеристик различных типов ВДР

1.2.1. Функция оптического пути

1.2.2. Параметры штрихов решётки

1.3. Приёмники излучения, применяемые в спектральных

приборах
1.3.1. Классификация приёмников излучения
1.3.2. Основные оптические параметры и типы
многоэлементных приемников излучения
Г лава 2. Разработка методов оптимизации оптических схем и параметров вогнутых дифракционных решёток
2.1. Минимизация аберраций 1-го порядка
2.1.1. Схемы с фокусировкой на окружности Роуланда
2.1.2. Схемы с фокусировкой на плоскости
2.1.3. Схемы с фокусировкой на окружности
2.2. Минимизация аберраций 2-го и 3-го порядков
2.2.1. Оценочные функции
2.2.2. Оптимизация параметров дифракционных решёток
и схем для их использования
2.3. Реализация методов расчёта
Глава 3. Расчёт оптимальных схем спектрографов
3.1. Схемы с плоской поверхностью регистрации спектра

3.1.1. Симметричные схемы
3.1.2. Несимметричные схемы
3.2. Схемы с круговой поверхностью регистрации спектра
3.2.1. Фокусировка на окружности Роуланда
3.2.2. Фокусировка на окружности ближайшей к фокали
3.3. Оптимизация параметров оптического тракта спектрометра
Глава 4. Реализация спектральных приборов
4.1. Малогабаритный спектрометр «FSD8»
4.2. Монолитный спектрометр «OPTUS»
4.3. Десятиканальный мульти-демультиплексор для ВОСП
4.4. Полихроматор атомно-эмиссионного спектрометра «ЛАЭС-спектр»
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Как известно, оптическая система спектрального прибора состоит из коллимирующего, диспергирующего и фокусирующего элементов. Объединить функции этих оптических элементов в одном впервые удалось Роуланду, когда он создал вогнутую сферическую отражательную дифракционную решётку [1]. С тех пор шло совершенствование решёток, в частности, появились неклассические вогнутые дифракционные решётки (ВДР) с неравноотстоящими искривлёнными штрихами, аберрации которых скорригированы [2-5]. Появление многоэлементных приёмников излучения (МПИ), как и в большинстве оптико-электронных приборов [6], принесло большие преимущества, связанные с оперативностью регистрации спектров и возможностью их обработки на компьютере. Новые возможности в выборе оптической схемы прибора возникают также при использовании ввода и вывода излучения с помощью оптических волокон.
Применение новой элементной базы невозможно без создания методов расчёта и оптимизации их аберрационных и энергетических характеристик, а также разработки оптических систем приборов и устройств, максимально полно реализующих преимущества неклассических ВДР и МПИ. Решению этих актуальных вопросов посвящена настоящая работа.
Цель диссертационной работы
Целью диссертационной работы является создание универсальных методов расчёта характеристик и оптимизации параметров ВДР и разработка на этой основе оптических систем приборов и устройств с повышенными оптическими и эксплуатационными характеристиками.
Указанная цель достигается путём решения следующих задач:
- разработка методов оптимизации параметров решёток и схем для их использования;

Такие сборки предназначены для использования в квантометрах с вогнутыми фокальными поверхностями и одномерной дисперсией взамен ранее используемых в них фотоэлектронных умножителей (МФС - 3, 4, 5, 6, 7, 8; ДФС - 10; ДФС - 36; ДФС - 41; ДФС - 44; ДФС -51; ДФС - 458 и т.п.).
Многострочные сборки (рис. 1.8 в) предназначены для регистрации спектров в спектрографах со скрещенной дисперсией.
Линейки размещены в несколько рядов (строк) таким образом, чтобы обеспечить регистрацию каждого из порядков спектра. При этом кристаллы располагаются в направлении дисперсии дифракционной решётки. Такие сборки имеют выпуклость в горизонтальном направлении и используются в спектрографах со скрещенной дисперсией типа СТЭ — 1. Варианты стыковки кристаллов линеек в многокристальных сборках показаны на рис. 1.9.
Параметры многокристальных сборок для различных спектральных приборов приведены в таблице 1.2.
Таблица
Параметры многокристальных сборок
Оптическая система спектрального прибора Наименование спектрального прибора Радиус многокристальной сборки, мм Количество линеек типа БЛ11П — 369 в сборках с зазорами и без зазоров *
Призменная ИСП
ДФС
Черни-Тернера ДФС
РОЭ
БресФоТаЬ +375
АФтсотрЛСАР +375
Гранд +500 12+5
ВІАІШ +500
Пашена-Рунге МФС-3,4,5,6,7,8 +500 8 или
ДФС-41,51 +500 12 или 12+1
ДФС-458 +520
ДФС - 44 +750 12 или 12+1
ДФС-36 + 1000 12 или 12+1
Со скрещенной дисперсией СТЭ
* - В двухстрочных сборках количество линеек удваивается