Исследование методов улучшения характеристик многоканальных спектрометров для атомно-эмиссионного анализа
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?ры с вогнутыми дифракционными решетками
Вогнутая решётка выполняет функции коллимирующего и фокусирующего объективов.
Спектрографы с фокусировкой на круге Роуланда.В спектрометрах с вогнутыми решётками чаще всего используются схемы с фокусировкой на круге Роуланда [6,7]: вершина решётки, щель и все её монохроматические изображения находятся на поверхности кругового цилиндра радиусом, равным половине радиуса кривизны решётки. Рассмотрим некоторые наиболее распространенные схемы.
Схема РоуландаВ конструкции, предложенной Роуландом (рис.2.5), входная щель S неподвижна [7]. Решётка G и фотокассета P, жёстко закреплённые на концах стержня, могут двигаться вдоль взаимно перпендикулярных прямых, оставаясь на концах диаметра круга Роуланда, являющегося нормалью к решётке. Таким образом, центр спектрограммы всегда находится на нормали (), по обе стороны от которой регистрируются длины волн, соответствующие углам дифракции до 10. Данная конструкция довольно проста. Удобно, что при переходе от одной области спектра к другой положение щели (вместе с источником света и осветительной системой) и направление оси пучка, падающего на решётку, остаются неизменными.
Схема Эбнея Данная схема отличается от предыдущей тем, что решётка и кассеты неподвижны, а щель может двигаться по кругу Роуланда, вращаясь вокруг оси, проходящей через его центр С' (рис.2.6). При переходе к другой области длин волн изменяется угол падения , а углы дифракции остаются прежними (обычно, как и в схеме Роуланда, для центра спектрограммы ). При этом плоскость ножей щели не остаётся перпендикулярной к оси пучка, так как угол поворота щели вдвое больше изменения угла падения при этом повороте. Эта конструкция неудобна и тем, что вместе со щелью должен перемещаться источник света.
Схема Пашена - РунгеВ приборах, построенных по этой схеме [6,7], входная щель, вогнутая решётка и фокальная поверхность расположены на круге Роуланда и закреплённые на одной несущей поверхности (см. рис. 2.7-перерисовать). Иногда устанавливается несколько входных щелей или несколько кассет, или же кассета имеет возможность перемещения по кругу Роуланда. Можно поместить на одном круге две или даже три решётки с одинаковыми радиусами кривизны, но с разными количествами штрихов на мм или с концентрацией энергии в разных областях спектра. Угол падения и дифракции могут меняться в широких пределах.
Фотопластинка или многоэлементный детектор устанавливаются на фокальную поверхность. Для регистрации нужного спектрального диапазона размеров фотопластинки может не хватить, поэтому регистрация спектра фотопластинкой может проходить в несколько этапов, многоэлементный детектор же может быть изготовлен требуемого размера для каждого конкретного случая. Т.к. данная оптическая схема содержит всего один элемент, она характеризуется минимумом рассеянного света и искажений спектра. Эта схема, благодаря своей гибкости, позволяет решать разнообразные задачи: регистрировать одновременно широкую область спектра, получать спектры с высоким разрешением или с высокой концентрацией энергии в заданной области длин волн. Поэтому схема Пашена-Рунге имеет наиболее широкое распространение.
По такой оптической схеме построены отечественные спектрометры ДФС-36, ДФС-44, МФС-4, 6, 7, 8, их вакуумные аналоги ДФС- 41, 51, а также спектрометры иностранного производства Baird, Polivac, ARL и спектрометры фирмы Spectro.
В радиальной установке вогнутой решётки, предложенной Бойтлером (рис.2.8), щель и кассета устанавливаются неподвижно на круге Роуланда, а решётка может перемещаться по его дуге GG', вращаясь вокруг его центра C'. В такой схеме угол между направлениями осей падающего пучка и дифрагированного пучка, направляемого в центр спектрограммы, остаётся постоянным, но направление оси пучка SG изменяется, что при изменении рабочей области длин волн требует перемещения источника, а при больших смещениях решётки - и поворота щели вокруг вертикальной оси.
Горизонтальная схема Игля.
Сближая между собой щель и кассету и уменьшая тем самым угол , получим горизонтальную схему Игля, где . В этой схеме применяются и такие конструкции, в которых направление пучков, падающих на решётку, остаётся неизменным, а изменяются положения решётки и кассеты. Механизм получается довольно сложным, и юстировка оказывается весьма трудоёмкой.
Вертикальная схема ИгляДанная схема, в которой щель и спектр располагаются друг над другом, более компактна, но аберрации в ней больше, чем в горизонтальной схеме [7].
Как было показано, существует несколько разных оптических схем, применяемых с вогнутыми дифракционными решетками. В зависимости от характера решаемых с помощью спектрометра задач и от применения разных систем регистрации спектра применяется своя, наиболее подходящая в данном случае, оптическая схема. В случае, необходимом для задачи создания многоканального АЭС спектрометра, наиболее подходит схема Пашена - Рунге, так как можно регистрировать широкий спектральный диапазон и делать это одновременно для всех спектральных линий и без механического перемещения деталей оптической схемы.
Как видно из обзора, существует довольно много оптических схем спектрометров с призмами, с плоскими дифракционными решётками, со скрещенной дисперсией и с вогнутыми дифракционными решётками. Наиболее перспективными из них для построения многоканальных АЭС спектрометров являются схема Пашена-Рунге с вогнутой дифракц?/p>