Многоканальный спектрометр высокого разрешения представляет из себя спектрометр-полихроматор, позволяющий работать с высоким спектральным разрешением в нескольких спектральных диапазонах, одновременно. Представленный здесь спектрометр-полихроматор позволяет работать в трех спектральных диапазонах. Спектрометр-полихроматор построен на основе пропускающих голографических объемно-фазовых дифракционных решеток и предназначен для работы в видимом и ближнем ИК диапазонах спектра. Сокращенное обозначение СПВР (Спектрометр-Полихроматор Высокого Разрешения). Кроме того, СПВР обладает высокой светосилой, со входным относительным отверстием от 1/3 до 1/2,2, что в сочетании с высокой дисперсией СПВР позволяет реализовать спектроскопические измерения с высоким этендю.
Оптическая схема СПВР показана на рисунке.
Схема СПВР. 1 – входная щель; 2 – коллиматорный объектив; 3 – пропускающие дифракционные решетки; 4 – выходные объективы; 5 – световая ловушка; 6 – корпус прибора; 7 – плоскости изображения.
В многоканальном спектрометре-полихроматоре СПВР пропускающие дифракционные решетки располагаются последовательно, одна за другой. При использовании данной схемы к дифракционным решеткам предъявляются следующие требования: решетки должны иметь высокую дифракционную эффективность в своем рабочем спектральном диапазоне и высокое пропускание в остальном видимом диапазоне. Первая решетка имеет высокую дифракционную эффективность для диапазона длин волн 468±5 нм, а остальное излучение проходит сквозь пропускающую решетку. Вторая решетка имеет высокую дифракционную эффективность для диапазона длин волн 529±5 нм, а остальное излучение также проходит сквозь пропускающую решетку. Третья решетка имеет высокую дифракционную эффективность для диапазона длин волн 656±6 нм, а остальное излучение также проходит сквозь пропускающую решетку.
Основные технические характеристики СПВР [1]:
- Рабочие спектральные диапазоны: 468 ± 5 нм, 529 ± 5 нм и 656 ± 6 нм;
- Дифракционная эффективность решеток: 40–50%;
- Относительное отверстие: 1/3; 1/2,2;
- Обратная линейная дисперсия: 3,4 – 5 Å/мм (до 7 Å /мм)*;
- Величина астигматизма: ~ 0,025 мм;
- Увеличение в двух плоскостях: ~ 1 (~ 1,5)*;
- Высота входной щели: ~ 20 мм;
- Размер плоскости изображения: до 20×25 мм;
- Maкс. спектральное разрешение ~ 0,2 Å;
- Контраст: K(contrast) > 770 000.
*Параметры с короткофокусным выходным объективом.
Описанный выше трехканальный спектрометр-полихроматор изначально создавался для активной спектроскопической диагностики на установках с высокотемпературной плазмой. Однако он может быть адаптирован для решения других спектроскопических задач, требующих измерения профилей спектральных линий или тонких спектральных структур. При этом, могут быть выбраны другие рабочие спектральные диапазоны, а также ширина спектральных диапазонов и их количество. Спектрометр-полихроматор может быть использован для спектроскопических измерений, требующих высокого контраста для разных спектральных каналов.
Системы регистрации оговариваются индивидуально, в зависимости от задач и потребностей заказчика. В настоящий момент СПВР доступен в трех вариантах исполнения для указанных ранее рабочих спектральных диапазонов. Основные технические параметры для трех вариантов СПВР, показаны в таблице.
| Входное относительное отверстие | Коэффициент оптического уменьшения | Обратная линейная дисперсия в каналах [Å/мм] | Спектральный диапазон в каналах [Å] для камер с двумя длинами детектора | ||
| 13,3 мм | 22,5 мм | ||||
| 1 | 3 | 1 | 3.6 3.9 5.0 |
48 52 68 |
81 88 114 |
| 2 | 3 | 1.5 | 4.9 5.3 6.8 |
66 71 91 |
110 120 150 |
| 3 | 2.2 | 1 | 4.9 5.3 6.8 |
66 71 91 |
110 120 150 |
Примеры спектральных профилей полученных на СПВР.
|
Спектральный профиль излучения водородно-дейтериевой и неоновой лампы в красном канале СПВР. |
Спектральный профиль излучения неоновой лампы в зеленом канале СПВР.
|
Фотография СПВР. 1 – входная щель; 2 – коллиматорный объектив; 3 – пропускающие дифракционные решетки; 4 – выходные объективы; 5 – световая ловушка; 6 – корпус прибора.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ
[1] ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2023, № 6, с. 85–97.