Малогабаритные многоканальные оптические спектрометры на основе схемы черни-тернера

• Автор: Зарубин, Игорь Александрович
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 119 с. : ил.

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О МНОГОКАНАЛЬНЫХ ОПТИЧЕСКИХ СПЕКТРОМЕТРАХ

1.1. Оптические схемы спектрометров с дифракционной решеткой

1.1.1. Дифракционные решетки «эшелетг»

1.1.2. Оптические схемы малогабаритных спектрометров с вогнутой дифракционной решеткой
1.1.3. Оптические схемы малогабаритных спектрометров с плоской дифракционной решеткой

1.2. Многоканальные фотоприемники излучения, используемые в спектрометрах

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЧЕРНИ-ТЕРНЕРА

2.1. Форма фокальной поверхности в схеме Черни-Тернера

2.2. Выбор рабочего порядка спектра
2.3. Аберрации схемы Черни-Тернера
2.4. Влияние наклонов входной щели и заштрихованной области дифракционной решетки на регистрируемый спектр
3. КОНТРОЛЬ КВАНТОВОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ КРЕМНИЕВЫХ ЛИНЕЕК ФОТОДИОДОВ
3.1. Методика и установка для измерения квантовой эффективности

3.2 Результаты измерения квантовой эффективности линейных фотоприемников
4. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МАЛОГАБАРИТНОГО СПЕКТРОМЕТРА
4.1. Снижение уровня фонового излучения
4.2. Выбор рабочего спектрального интервала
4.3 Конструкция спектрометра
4.4. Экспериментальное исследование характеристик спектрометра
4.4.1. Форма фокальной поверхности
4.4.2. Спектральное разрешение
4.4.4. Уровень фонового излучения
4.4.5. Сравнение дифракционных решеток
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
СОЗДАННОГО СПЕКТРОМЕТРА
5.1. Одновременное определение щелочных и щелочноземельных металлов методом пламенной фотометрии
5.2. Расширение спектрального диапазона существующих комплексов для атомно-эмиссионного спектрального анализа
5.3. Контроль напыления многослойных покрытий
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Список принятых сокращений
АЦП - аналого-цифровой преобразователь
АЭСА - атомно-эмиссионный спектральный анализ
ВДР - вогнутая дифракционная решётка
ВУФ - вакуумный ультрафиолет
КЭ - квантовая эффективность
КФ - калиброванный фотодиод
МАЭС - многоканальный анализатор атомно-эмиссионных спектров МОП - металл-окисел-полупроводник ОС - образец сравнения
ОСКО - относительное среднее квадратическое отклонение
ОУ - операционный усилитель
ПЗС - приборы с зарядовой связью
ПО - программное обеспечение
ПФ - пламенная фотометрия
СКО - среднее квадратическое отклонение
СО - стандартный образец
УФ - ультрафиолет
ФЭУ - фотоэлектронный умножитель

спектрометра не совпадает с плоской поверхностью фотоприемника, существует ухудшение спектрального разрешения на некоторых участках рабочего диапазона длин волн. Использование неклассической дифракционной решетки ограничено определенным спектральным диапазоном, при его изменении необходимо рассчитывать схему записи новой дифракционной решетки. Учитывая это, а также то, что стоимость дифракционной решетки составляет больше половины стоимости спектрометра, то изменение рабочего диапазона является весьма затратной задачей.
Спектрометры, построенные по вертикальной схеме, имеют высокое спектральное разрешение, позволяют изменять рабочий диапазон длин волн путем поворота дифракционной решетки. Кроме того, такие спектрометры имеют низкий уровень фонового излучения благодаря тому, что нулевой порядок не попадает на дифракционную решетку и не раскладывается на ней в паразитный спектр. Существенным недостатком схемы является малый спектральный диапазон с удовлетворительным качеством спектра, его протяженность не превосходит 0,1 фокусного расстояния прибора.
В спектрометрах, построенных по схеме Черни-Тернера, используется большее количество элементов, на которых входящее излучение переотражается, а на дифракционную решетку зачастую попадает интенсивный «нулевой» порядок спектра. Эти явления приводят к повышению уровня фонового излучения. При больших относительных отверстиях сферическая аберрация значительно искажает изображение входной щели, поэтому в спектрометрах с плоской решеткой приемлемое качество изображения возможно лишь при небольших относительных отверстиях. Таким образом, спектрометры с плоской решеткой имеют меньшую светосилу.
С другой стороны, в спектрометрах, построенных по схеме Черни-Тернера, легко изменять рабочий спектральный диапазон путем поворота дифракционной решетки. Фокальная поверхность в схеме плоская и