Mřížkové spektrální přístroje
princip rozkladu světla: interference
(1. mřížka: Fraunhofer – dráty na rámečku)
mřížky: odrazné (ryté, holografické), transmisní (amplitudové n. fázové)
rovinné, sférické, asférické (elipsoidní, toroidní)
hustota vrypů: až 2400 č/mm (pro VIS)
min. vzdálenost mezi vrypy, kdy ještě pozorujeme spektrum, je λ/2
dráhový rozdíl interferujících paprsků
  bc  ab´
mřížková rovnice
j
sin   sin  
d
j  0,  1,  2,...
překrývání spekter vyšších řádů:
j11  j2 2
do stejného místa na detektoru např.:
λ1 = 900nm v 1. řádu
λ2 = 450nm v 2. řádu
λ3 = 300nm v 3. řádu
odstranění:
pro malé j – absorpční filtry, nebo např. pro VIS se nízké λ odstraní použitím skleněné optiky a vysoké λ
citlivostí detektoru (fotomat. není citlivý v IR obl.)
pro vyšší řády – předběžná monochromatizace, IF filtr, křížová disperze (echelle)
volná spektrální délka
 

j
např. j = 50, λ = 500nm → 51.500 = 50.510; Δλ = 10nm (typické echelle)
rozdělní intenzity do jednotlivých řádů:
1
max. energie je v 0. řádu (cca 80%)
I 2
j
úhlová disperze:
j
D
d. cos 
závisí na β, není tedy konst.
lineární disperze:
dl
 f s.D
d
převratná lin. disperze:
d
1

dl f s.D
nm / mm
rozlišovací schopnost (Rayleigh)
R  j.n 
1

n – počet osvětlených vrypů: n  C

d
Části spektrálního přístroje - mřížky
zvýšení energie ve zvoleném řádu:
mřížka se třpytem (blaze) – shodný směr lomeného a difraktovaného paprsku, platí přesně pouze pro
jednu λ: vlnovou délku zátřpytu λB
pro 1. řád a kolmý dopad
lom:
n.sin   sin  
ohyb:
sin  
B
d
podobně odrazná blaze mřížka
mřížka echelle – odrazná
pro vysoké řády, velké úhly dopadu (a ohybu)
velká disperze, pro separaci řádů křížová disperze
cca 50 čar/mm
výška vrypu např. pro 500nm ve 3. řádu
h
j. 3.500

 750nm
2
2
konkávní mřížka
 vrypy na povrchu konkávního zrcadla
 spojuje fci kolimátoru, kamery a disperzního členu,
nepotřebujeme žádné další opt. prvky
 r – poloměr křivosti mřížky =  Rowlandovy kružnice,
r = max 3m
 mřížka, VŠ a VýŠ (n. detektor) leží na R. kružnici
 vada: astigmatismus, tj. bod štěrbiny je zobrazen jako
úsečka // s vrypy
lin. disperze
dl
j.r

d d. cos 
montáže mřížek - blána
typy mřížek:
- rovinné, sférické, toroidní, elipsoidální
- transmisní (fázové, amplitudové), odrazné (ryté, holografické)
rovinná rytá blaze mřížka na odraz
-
mechanické rytí diamantovým nástrojem (max 1800 č/mm) → master
nanesení separační vrstvy, kopírování do plastiku a napaření odrazné vrstvy (Al n. jiné mat. podle
spektr. oblasti použití)
vada: ghosty – kromě skutečných spektr. čar jsou zde i nepravé čáry (ghosty); vznikají
periodickou chybou šroubu rycího zařízení; jejich intenzita nemá přesahovat 0,1% v 1. řádu
replikace mřížek
holografické mřížky
- málo rozptýleného světla (díky vynikající μdrsnosti povrchu), žádné ghosty, na různé tvary povrchu,
min. vady vrypů → vysoké rozlišení, možnost korekce vad, až 6000 č/mm, i velké mříže ( až 450 mm)
rovinná mřížka
konkávní mřížka
d
tvar vrypů - sin
pro

 0,8 je max. účinnost, až 85% pro polariz. světlo
d
holografické mřížky se třpytem – iontově leptané
- vysoká účinnost v široké obl. spektra
- volba λB
- vrypy se leptají přímo do substrátu (za současného odstraňování fotocitlivé vrstvy). Leptáním do
křemene, karbidu křemíku nebo někt. kovů získáme mřížky odolné vysokým energiím a teplotám
výroba holografické masky stejná jako u běžné holografické mřížky, může být použit originál mřížky
nebo kopie
Objektivy a kamery
-
jejich kvalita ovlivňuje praktickou rozlišovací schopnost přístroje
refraktivní optika musí mít korigované vady: barevnou, otvorovou, astigmatizmus, zklenutí pole
(to nevadí u přístrojů s filmem, Q24 využívá BVP ke zvýšení lin. disperze)
reflektivní optika nemá barevnou vadu
Štěrbina
- spektr. čára je obrazem VŠ → čím přesnější štěrbina, tím lepší obraz; konstrukce také s pružnými
prvky
- má být osvětlena rovnoměrně, apertura musí odpovídat spmetru
nastavení šířky štěrbiny: od (1-2)μm nejlépe, (5-10)μm běžně
nerovnoběžnost čelistí: <(0,1-0,2)” nejlépe, (1-2)” běžně
vady a znečištění čelistí: tmavší nebo světlejší pásy přes spektrum – udržovat štěrbinu čistou a seřízenou
(snadno se při neodborné justáži zničí)
astigmatismus – obrazy z okraje štěrbiny jsou neostré
Využití rozl. sch.: obraz s´ VŠ šířky s musí odpovídat rozlišení detektoru
s  s
f s
f k sin 
Download

Mřížkové spektrometry