СПЕКТРАЛЬНЫЙ ПРИБОР С ПРОДОЛЬНЫМ РАЗЛОЖЕНИЕМ СВЕТА В СПЕКТР
SPECTRAL INSTRUMENT WITH LONGITUDINAL LIGHT DISPERSION INTO SPECTRUM

Изобретение относится к области физической оптики, в частности к устройствам для исследования свойств веществ оптическими методами, и может быть использовано для оптической спектроскопии веществ.
Известно устройство для оптической спектроскопии материалов, содержащее источник оптического излучения, монохроматор в виде набора светофильтров, кювету для размещения исследуемого материала, фотоэлектрический преобразователь, усилитель и регистрирующий прибор /1/.
Известен также спектроскоп, принятый нами за прототип, который состоит из канала излучения, включающего оптически связанные входную щель, вогнутое сферическое зеркало, плоскую дифракционную решетку и выходное окно, и канала шкалы, включающего шкалу длин волн, плоское зеркало и вогнутое сферическое зеркало, которое через зону прозрачности плоской дифракционной решетки оптически связано с выходным окном /2/.
Недостатком указанных приборов является громоздкость и высокая себестоимость приборов, а также сложность в настройке и эксплуатации.
Задачей данного изобретения является создание спектрального прибора с ограниченным, но достаточным для указанных целей разрешением, легким, компактным и с низкой себестоимостью.
Это достигается в предлагаемом устройстве за счет того, что в качестве диспергирующего элемента используется компакт-диск, на котором при помощи маски сохранена узкая кольцевая щель; зеркальная поверхность компакт-диска представляет собой спиральную дорожку. Также в прибор введен светочувствительный датчик с шаговым приводом или линейка фотодиодов.
Поскольку шаг зеркальных дорожек соизмерим с длиной видимого света, компакт-диск можно сравнить с зонной пластинкой Френеля. Свет отражается от зеркальных дорожек под разными углами в зависимости от длины волны и собирается в фокусы на главной оптической оси. Для удобства свет после попадания на компакт диск отражается от зеркала, что позволяет фокусам находиться внутри прибора. Положение фокусов на оптической оси зависит от длины волны, а интенсивность света в этих фокусах пропорциональна интенсивности спектральных составляющих исследуемого излучения на соответствующих длинах волн, и количественно интенсивность спектральных составляющих измеряется при помощи датчика, перемещаемого вдоль главной оптической оси или линейки фотодиодов.
На фиг.1 представлено схематическое изображение предлагаемого устройства для оптической спектроскопии веществ, где:
1 - образец исследуемого излучения,
2 - компакт-диск,
3 - зеркало,
4 - главная оптическая ось,
5 - светочувствительный датчик,
6 - регулятор положения светочувствительного датчика,
7 - индикатор положения светочувствительного датчика,
8 - маска,
9 - усилитель сигнала от светочувствительного датчика,
10 - непрозрачный корпус.
На Фиг.2 изображен спектр от излучателя белого света с установленным на нем красным светофильтром, где по оси абсцисс отложены номера контрольных точек, а по оси ординат - напряжение, снимаемое с выхода усилителя, в мВ.
Устройство работает следующим образом (см. фиг.1). Исследуемое излучение 1 попадает на открытые зеркальные дорожки компакт-диска 2 и отражаются от них под разными углами, зависящими от длины волны. После отражения от зеркала 3 спектральные составляющие исследуемого излучения собираются в фокусы на главной оптической оси прибора 4, положение которых также зависит от длины волны. Измерения проводятся путем передвижения датчика 5 при помощи регулятора 6 вдоль главной оптической оси и при этом снимается напряжение с усилителя, подключенного к датчику. В зависимости от необходимой точности выбирается количество точек, в которых снимаются показания датчика. Прибор заключен в непрозрачный корпус со снимающейся крышкой.
Результаты измерений можно представить в виде таблицы или графически. Пример показан на фиг.2. В качестве исследуемого излучения использовалась эталонная лампа с красным светофильтром. По оси абсцисс отложены номера контрольных точек, по оси ординат - напряжение, снимаемое с выхода светочувствительного датчика при помощи усилителя, в мВ.
Спектральный прибор с продольным разложением света в спектр, предлагаемый в данном изобретении, был реализован и проверен экспериментально, таким образом работоспособность указанного прибора была подтверждена.
Источники информации
1. Патент РФ№2290625.
2. Патент РФ№2069323 - прототип.