Характеристики малогабаритных спектрометров с дифракционными решетками разных типов

Современные малогабаритные спектрометры построены в основном по схеме Черни – Тернера с плоской дифракционной решеткой, а для получения максимальной светосилы в ущерб разрешению — по схеме с вогнутой дифракционной решеткой с плоским полем. В таких спектрометрах спектр регистрирует линейка фотодетекторов. Цель работы — информирование специалистов о характеристиках разработанных авторами малогабаритных спектрометров, отличающихся использованием для регистрации спектров бескорпусных линеек фотодетекторов, что исключает переотражение излучения от покровного стекла линеек и снижает уровень фонового излучения, а также герметичностью корпусов спектрометров для повышения срока их службы. Приведены параметры модификаций спектрометра, построенного по схеме Черни – Тернера, основные достоинства которого — низкий уровень рассеянного света внутри прибора и одинаковое спектральное разрешение во всем рабочем диапазоне. Рабочее относительное отверстие в схеме Черни – Тернера ограничено аберрациями значением 1/6. С большим относительным отверстием позволяет работать схема с плоским полем. По такой схеме разработаны три модификации спектрометра, дано описание их основных параметров. Приведены результаты экспериментального сравнения светосилы и спектрального разрешения спектрометров с разными оптическими схемами. Представлены примеры использования разработанных спектрометров. Приборы, построенные по схеме Черни – Тернера, используют в атомно-эмиссионном и атомно-абсорбционном спектральном анализе, а также в спектрофотометрии для регистрации спектров поглощения конденсированных сред. С помощью спектрометра с плоским полем регистрируют люминесценцию и спектры комбинационного рассеяния минералов. Разработанные малогабаритные спектрометры имеют рабочий спектральный диапазон от 190 до 1100 нм с возможностью регистрации участков спектра шириной от 70 до 1000 нм, наилучшее разрешение 0,1 нм и уровень фонового излучения менее 0,05 %, при этом минимальная регистрируемая оптическая плотность более 3. Спектрометры с плоским полем имеют повышенную светосилу благодаря большому относительному отверстию 1/2,1.

1. Лабусов В. А. Приборы и комплексы компании «ВМК-Оптоэлектроника» для атомно-эмиссионного спектрального анализа. Современное состояние / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 1. Ч. 2. С. 12 – 21.

2. Tang Ming, Fan Xianguang, Wang, Xin, et al. General study of asymmetrical crossed Czerny-Turner spectrometer / Appl. Optics. 2015. Vol. 54. N 33. P. 9966 – 9975.

3. Лабусов В. А., Путьмаков А. Н., Саушкин М. С. и др. Многоканальный спектрометр «Колибри-2» и его использование для одновременного определения щелочных и щелочноземельных металлов методом пламенной фотометрии / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007. Т. 73. Спецвыпуск. С. 35 – 39.

4. Белокопытов А. А., Лукин А. В., Максакова Л. А. и др. Светосильные вогнутые голограммные дифракционные решетки с плоским полем для малогабаритных спектрометров / Голография. Наука и практика Сб. трудов 12-й Международной конференции «ГолоЭкспо-2015». — Казань, 12 – 15 октября 2015 г.

5. Palmer C. Diffraction Grating Handbook (7th Ed.). — New York: Newport Corporation, 2014. — 265 p.

6. Qian Zhou, Xinghui Li, Kai Ni, et al. Holographic fabrication of large-constant concave gratings for wide-range flat-field spectrometers with the addition of a concave lens / Opt. Express. 2016. Vol. 24. N 2. P. 732 – 738.

7. Пейсахсон И. В. Оптика спектральных приборов. Изд. 2-е, доп. и перераб. — Л.: Машиностроение, 1975. — 312 с.

8. Путьмаков А. Н., Зарубин И. А., Бурумов И. Д., Селюнин Д. О. Спектрометр «Павлин» для атомно-эмиссионного спектрального анализа с атомизацией в пламени / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 1. Ч. II. С. 105 – 108.

9. Зарубин И. А. Возможности малогабаритного спектрометра «Колибри-2» в атомно-эмиссионном спектральном анализе / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 1. Ч. II. С. 114 – 117.

10. Estrada C. F. Changing the science of mineralogy: The use of Raman spectroscopy in mineral identification and the RRUFF project / Outcrop: Newsletter of the Rocky Mountain Association of Geologists. 2007. Vol. 55. P. 1 – 8.