Ключавыя словы: цвёрдафазная галаграфічная рашотка VPH, спектрафатометр прапускання, спектрометр адлюстравання, аптычны шлях Чэрні-Тэрнера.
1.Агляд
Валаконна-аптычны спектрометр можа быць класіфікаваны як адлюстравання і прапускання, у залежнасці ад тыпу дыфракцыйнай рашоткі.Дыфракцыйная рашотка - гэта ў асноўным аптычны элемент, які мае вялікую колькасць аднолькава размешчаных узораў на паверхні або ўнутры.Гэта важны кампанент валаконна-аптычнага спектрометра.Калі святло ўзаемадзейнічае з гэтай рашоткай, яно рассейваецца пад рознымі вугламі, якія вызначаюцца рознымі даўжынямі хваль праз з'яву, вядомую як дыфракцыя святла.
Уверсе: спектрометр адбіцця дыскрымінацыі (злева) і спектрометр прапускання (справа)
Дыфракцыйныя рашоткі звычайна падпадзяляюцца на два тыпы: адбівальныя і прапускальныя.Адбівальныя рашоткі можна дадаткова падзяліць на плоскія адбівальныя рашоткі і ўвагнутыя рашоткі, у той час як прапускальныя рашоткі можна падпадзяліць на прапускальныя рашоткі баразённага тыпу і аб'ёмна-фазавыя галаграфічныя (VPH).Гэты артыкул у асноўным прадстаўляе спектрометр адбіцця тыпу плоскай рашоткі і спектрометр прапускання VPH.
Уверсе: рашотка адлюстравання (злева) і рашотка прапускання (справа).
Чаму большасць спектрометраў цяпер выбіраюць рашоткавую дысперсію замест прызмы?У першую чаргу гэта вызначаецца спектральнымі прынцыпамі рашоткі.Колькасць ліній на міліметр на рашотцы (шчыльнасць ліній, адзінка: ліній/мм) вызначае спектральныя магчымасці рашоткі.Больш высокая шчыльнасць ліній рашоткі прыводзіць да большай дысперсіі святла розных даўжынь хваль пасля праходжання праз рашотку, што прыводзіць да больш высокага аптычнага раздзялення.Як правіла, даступная шчыльнасць канавак рашоткі ўключае 75, 150, 300, 600, 900, 1200, 1800, 2400, 3600 і г.д., што адпавядае патрабаванням для розных спектральных дыяпазонаў і раздзяленняў.У той час як прызмавая спектраскапія абмежавана дысперсіяй шкляных матэрыялаў, дзе дысперсійныя ўласцівасці шкла вызначаюць спектраскапічную здольнасць прызмы.Паколькі дысперсійныя ўласцівасці шкляных матэрыялаў абмежаваныя, гібка адпавядаць патрабаванням розных спектральных прылажэнняў складана.Такім чынам, ён рэдка выкарыстоўваецца ў камерцыйных мініяцюрных валаконна-аптычных спектрометрах.
Подпіс: Спектральныя эфекты рознай шчыльнасці баразёнак рашоткі на дыяграме вышэй.
На малюнку паказаны дысперсійная спектраметрыя белага святла праз шкло і дыфракцыйная спектраметрыя праз краты.
Гісторыя распрацоўкі рашотак пачынаецца з класічнага «эксперыменту Янга з падвойнай шчылінай»: у 1801 годзе брытанскі фізік Томас Янг выявіў інтэрферэнцыю святла з дапамогай эксперыменту з падвойнай шчылінай.Манахраматычнае святло, якое праходзіла праз падвойныя шчыліны, выяўляла чаргаванне яркіх і цёмных палос.Эксперымент з падвойнай шчылінай упершыню пацвердзіў, што святло мае характарыстыкі, падобныя на хвалі вады (хвалевая прырода святла), што выклікала сенсацыю ў супольнасці фізікаў.Пасля некалькі фізікаў правялі эксперыменты інтэрферэнцыі з некалькімі шчылінамі і назіралі з'яву дыфракцыі святла праз рашоткі.Пазней французскі фізік Фрэнэль распрацаваў асноўную тэорыю дыфракцыі на рашотках, абапіраючыся на гэтыя вынікі, аб'яднаўшы матэматычныя метады, прапанаваныя нямецкім навукоўцам Гюйгенсам.
На малюнку злева паказана інтэрферэнцыя Янга з падвойнай шчылінай, з чаргаваннем светлых і цёмных палос.Шматшчылёвая дыфракцыя (справа), размеркаванне каляровых палос у розных парадках.
Спектрометры адлюстравання звычайна выкарыстоўваюць аптычны шлях, які складаецца з плоскай дыфракцыйнай рашоткі і ўвагнутых люстэркаў, які называецца аптычным шляхам Чэрні-Тэрнера.Як правіла, ён складаецца з шчыліны, плоскай бліскучай рашоткі, двух увагнутых люстэркаў і дэтэктара.Гэтая канфігурацыя характарызуецца высокім дазволам, нізкім рассеяным святлом і высокай аптычнай прапускной здольнасцю.Пасля таго, як светлавы сігнал праходзіць праз вузкую шчыліну, ён спачатку калімуецца ў паралельны прамень увагнутым адбівальнікам, які затым трапляе на плоскую дыфракцыйную рашотку, дзе складовыя даўжыні хваль дыфрагуюць пад рознымі вугламі.Нарэшце, увагнуты адбівальнік факусуе дыфрагаванае святло на фотадэтэктар, і сігналы розных даўжынь хваль запісваюцца пікселямі ў розных месцах на фотадыёдным чыпе, у выніку ствараючы спектр.Як правіла, спектрометр адлюстравання таксама ўключае некаторыя фільтры другога парадку для падаўлення дыфракцыі і калонныя лінзы для паляпшэння якасці выходных спектраў.
На малюнку паказаны КТ-спектрометр з аптычнай рашоткай крыжаванага тыпу.
Варта адзначыць, што Чэрні і Тэрнер не з'яўляюцца вынаходнікамі гэтай аптычнай сістэмы, але ўшаноўваюцца за іх выдатны ўклад у галіне оптыкі — аўстрыйскі астраном Адальберт Чэрні і нямецкі вучоны Рудольф В. Тэрнер.
Аптычны шлях Чэрні-Тэрнера ў цэлым можна класіфікаваць на два тыпу: перакрыжаваны і разгорнуты (М-тып).Скрыжаваны аптычны шлях/аптычны шлях тыпу M з'яўляецца больш кампактным.Тут сіметрычнае размеркаванне злева направа двух увагнутых люстэркаў адносна плоскай рашоткі дэманструе ўзаемную кампенсацыю пазавосевых аберацый, што прыводзіць да больш высокага аптычнага раздзялення.Валаконна-аптычны спектрометр SpectraCheck® SR75C выкарыстоўвае аптычны шлях М-тыпу, дасягаючы высокага аптычнага раздзялення да 0,15 нм ва ўльтрафіялетавым дыяпазоне 180-340 нм.
Уверсе: аптычны шлях папярочнага тыпу/аптычны шлях пашыранага тыпу (М-тып).
Акрамя таго, акрамя плоскіх пламенных рашотак, існуе таксама ўвагнутая пламенная рашотка.Ўвагнутую бляскавую рашотку можна разумець як спалучэнне ўвагнутага люстэрка і рашоткі.Такім чынам, спектрометр з увагнутай бліскучай рашоткай складаецца толькі са шчыліны, увагнутай бліскучай рашоткі і дэтэктара, што забяспечвае высокую стабільнасць.Тым не менш, увагнутая бліскучая рашотка ўсталёўвае патрабаванні як да напрамку, так і да адлегласці дыфрагаванага святла, што абмяжоўвае даступныя варыянты.
Час публікацыі: 26 снежня 2023 г