V-образная система для спектроскопии высокого разрешения

Шестиходовая система [4-6], имеющая большой прямоугольный зеркальный объектив и примыкающее к нему узкое коллективное зеркало (рис. 5.2), предназначалась преимущественно для щелевой ИК спектроскопии. Эта система могла использоваться и для фурье-спек- троскопии, но с меньшей эффективностью. В фурье-спектроскопии переносимое в кюветное отделение изображение источника всегда имеет форму круга. Однако вариант шестиходовой системы с двумя смежными сферическими зеркалами круглой формы не позволяет получить большое относительное отверстие, характерное для фурье-спектро- метров. Для преодоления этого ограничения требовалось разработать принципиально иную кювету с зеркальным объективом круглой формы, обеспечивающим необходимую светосилу.

При сравнительном анализе созданных ранее шестиходовых систем [2] и [4] возникло неожиданное решение — использовать единственное круглое сферическое зеркало, а в отстоящих от него на расстояниях 1,5/ плоских зеркалах выполнить небольшие круглые отверстия, которые будут играть роль входного и выходного окон. Так появилась У-образная оптическая система [9, 10] — самая совершенная из всех шестиходовых светосильных систем.

Система состоит из двух зеркально-симметричных трехходовых систем прямого и обратного хода (рис. 5.6). При освещении входного окна 4 источником, ограниченным круглой диафрагмой, система обеспечивает шесть проходов излучения с выходом через окно 5.

Последний вариант У-образной системы предельно прост и технологичен. Система содержит круглое сферическое зеркало 1 с фокусным расстоянием /, оправа которого является элементом корпуса кюветы, и два идентичных плоских зеркала 2 и 3, удаленных от сферического зеркала на расстояние 1,5/. Плоские зеркала имеют круглую форму и установлены перпендикулярно изломанной оптической оси, что соответствует У-образному прохождению световых лучей в направлениях «туда» и «обратно». В центре каждого плоского зеркала выполнены конические отверстия 4 и 5, совпадающие с оптической осью и предназначенные, соответственно, для ввода и вывода излучения. Единственное в системе сферическое зеркало 1 выполняет две функции: по ходу лучей оно поочередно становится то объективом 1а, то коллективом 16.

Ход лучей в новой шестиходовой системе следующий. От источника в виде светящегося круга через входное отверстие 4, находящееся в центре плоского зеркала 2, расходящиеся лучи попадают на сферическое зеркало /. Отразившись от него, в сходящемся пучке лучи падают на плоское зеркало 3, которое направляет их обратно к сферическому зеркалу 1. После первого отражения от зеркала /, которое в данном случае выполняет функцию объектива 1а, промежуточное изображение входного отверстия 4 с двукратным увеличением форми-

У-образная шестиходовая система для спектроскопии высокого разрешения

Рис. 5.6. У-образная шестиходовая система для спектроскопии высокого разрешения: 1 — сферический зеркальный объектив/коллектив; 2,3 — плоские зеркала с отверстиями; 4 — входное коническое отверстие; 5 — выходное

коническое отверстие

руется на поверхности того же сферического зеркала /. На рис. 5.6 это промежуточное изображение обозначено пунктиром. От сферического зеркала /, играющего при втором отражении уже роль коллектива 16, лучи в расходящемся пучке следуют к плоскому зеркалу 2, от которого вновь направляются к сферическому зеркалу I. И наконец, претерпев последнее отражение от сферического зеркала-объектива 1а, лучи фокусируются с первоначальным размером в плоскости выходного отверстия 5.

Несмотря на большое относительное отверстие У-образной зеркальной системы, саму систему можно считать практически безаберраци- онной. Незначительный астигматизм при необходимости может быть полностью скомпенсирован заменой плоских зеркал на соответствующие цилиндрические. Кома децентрировки полностью компенсируется, так как система разворачивается в 2-образную схему Черни (рис. 5.7) с равными углами падения главных лучей на сферическое зеркало.

Развернутый ход лучей в вертикальной плоскости У-образной шестиходовой системы

Рис. 5.7. Развернутый ход лучей в вертикальной плоскости У-образной шестиходовой системы

Следует отметить, что конструктивной особенностью системы является постоянный размер входного и выходного отверстий. После второго и четвертого проходов незначительная часть энергии излучения теряется через отверстия в плоских зеркалах. Поэтому диаметр отверстий следует выбирать исходя из допустимой величины потерь.

Как уже упоминалось, сферическое зеркало / имеет фокусное расстояние /. Однако при втором отражении, когда это зеркало служит коллективом 16, оно не позволяет полностью исключить виньетирование на самом себе. Для этого потребовалось бы фокусное расстояние 1,5/. В то же время фокусное расстояние / позволяет переносить изображение сферического зеркала / с двукратным уменьшением на поверхность входного плоского зеркала 2, четко определяя его световой диаметр. Световой диаметр плоского зеркала 3 во избежания виньетирования должен быть больше на величину диаметра входного отверстия 4. Если же диаметр входного зеркала 2 выбирается равным диаметру выходного зеркала <3, то конструкция становится полностью симметричной, позволяя при необходимости менять местами вход и выход системы.

При создании компактной цилиндрической кюветы минимизация размера двух смежных зеркал более важна, чем ограничение размера одного сферического зеркала. Если же в силу оптических или конструктивных требований необходимо полностью устранить виньетирование на сферическом зеркале /, то такая возможность существует. По центру сферического зеркала выполняется небольшое цилиндрическое отверстие с диаметром, дважды превышающим входное отверстие 4, и в него соосно вставляется дополнительное сферическое зеркало- коллектив с фокусным расстоянием 1,5/. Это маленькое сферическое зеркало не требует специальной юстировки. Установленное с необходимым допуском, оно фиксированно держится на трении. В вертикальном варианте системы его приклеивают с тыльной стороны эпоксидной смолой.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >