Влияние разъюстировок оптической системы Пашена-Рунге на спектральное разрешение

Abstract

При разработке и производстве спектральных приборов, выполненных по схеме Пашена-Рунге с неклассическими вогнутыми дифракционными решетками, часто возникает вопрос о допустимых пределах отклонения параметров схемы (передний отрезок, угол падения излучения, смещение фотодетектора из плоскости дисперсии) от расчётных, при которых спектральное разрешение ухудшается незначительно. Исследование проведено на примере двух решёток, используемых в спектральном приборе «Гранд-2» (предприятие ООО «ВМК-Оптоэлектроника»), с помощью компьютерного моделирования в программном обеспечении «Zemax», адекватность которого проверена экспериментально. Показано, что предел спектрального разрешения увеличивается не более чем на 10 % в следующем диапазоне параметров схемы для решётки с криволинейными штрихами: передний отрезок – 895 ±6 мм, угол падения лучей на решётку – (26.5 ± 0.4)о, смещение линейного фотодетектора из плоскости дисперсии ± 0.6 мм; для решётки с криволинейными штрихами и переменным шагом: передний отрезок – (987.5 ± 9.0) мм, угол падения лучей на решётку (20.3 ± 2.2)о, смещение линейного фотодетектора из плоскости дисперсии ± 1.15 мм. Эти допуски легко выдерживаются в конструкции спектрального прибора, в результате чего практически достигнуты прекрасные характеристики его разрешения, составляющие 8 пм в диапазоне 190-350 нм и 25 пм в диапазоне 350-855 нм.

A common question arising during the design and fabrication of spectral instruments arranged according to the Paschen–Runge scheme with non-classical concave diffraction gratings concerns the permissible deviation of the scheme parameters (distance from the slit to the grating, incident angle, displacement of the photodetector from the dispersion plane) from the calculated ones at which the spectral resolution degrades insignificantly. Computer simulation using ZEMAX software was carried out for two gratings used in the Grand-2 spectral instrument (VMK-Optoelektronika), and the simulation results were validated against the experimental data. The spectral resolution limit increased by 10% or less for the following ranges of the scheme parameters for the grating with curved grooves: distance from the slit to the grating of 895±6 mm, angle of incidence of rays on the grating of (26.5 ±0.4)o, and displacement of the linear photodetector from the dispersion plane of ±0.6 mm; for the varied line-space (VLS) grating with curved grooves: distance from the slit to the grating of (987.5±9.0) mm, angle of incidence of rays on the grating of (20.3±2.2)o, and displacement of the linear photodetector from the dispersion plane of ±1.15 mm. These tolerances are easily sustained in the fabrication of the spectral instrument resulting in achieving excellent resolution characteristics of 8 pm in the range of 190–350 nm and 25 pm in the range of 350–855 nm.