Монохроматор MZDD350i производства СОЛ инструментс — это двойной монохроматор с нулевой дисперсией, представляющий собой два монохроматора изображения MS3504i, объединенных в одну конструкцию, причем выходная щель первого монохроматора является входной щелью второго. Прибор полностью автоматизирован. Набор из четырех решеток и плавно регулируемые щели позволяют работать в широком спектральном диапазоне (УФ, видимый, ИК спектральные диапазоны) с необходимой полосой пропускания.

Достоинствами двойного монохроматора MZDD350i являются: широкая спектральная область, низкий уровень рассеянного света, высокая апертура, высокая точность установки и определения длин волн, а также полная автоматизация. MZDD350i идеален для спектральных измерений, Рамановской cпектроскопии, определения спектральной чувствительности детекторов, а также в качестве монохроматического осветителя.

С.П. Морозова
Начальник лаборатории спектрофотометрии и ИК-радиометрии ФГУП «ВНИИОФИ», к.т.н, заслуженный метролог РФ, член-корреспондент РМА

“Двойной монохроматор MZDD350i производства СОЛ инструментс используется во ФГУП «ВНИИОФИ» в составе установки для измерения относительной спектральной чувствительности приборов для дистанционного зондирования Земли. Эта установка входит в состав Государственного первичного специального эталона ГЭТ 179-2010.”

Спектральные приборы служат как для получения излучения заданного спектрального состава, так и для исследования спектрального состава света, испускаемого веществом. Основным ограничением возможности исследования спектрального состава слабого свечения является уровень рассеянного света прибора. Рассеянный свет, главным образом, обусловлен качеством оптических элементов: зеркал и решетки. Кроме того, рассеянный свет образуется при отражении спектра от входной щели, детектора, других элементов конструкции. Рассеянный свет минимизируют применением перегородок, поглощающих свет, установкой детектора наклонно, использованием голографических решеток.

Длиннофокусные спектральные приборы характеризуются меньшим рассеянным светом. Монохроматоры имеют меньший рассеянный свет по сравнению со спектрографами, потому что последние используются без выходной щели. Двойной монохроматор является лучшим выбором, когда величина рассеянного света очень важна при проведении исследований. С помощью двойного монохроматора достигается максимально полное подавление рассеянного света.

MZDD350i — это двойной монохроматор с нулевой дисперсией, представляющий собой два монохроматора изображения MS3504i, объединенных в одну конструкцию, причем выходная щель первого монохроматора является входной щелью второго. Прибор полностью автоматизирован. Набор из четырех решеток и плавно регулируемые щели позволяют работать в широком спектральном диапазоне с необходимой полосой пропускания.

Нулевая дисперсия достигается точным соответствием хода лучей через первую половину прибора обратному ходу лучей через его вторую половину. Оптические характеристики монохроматора с нулевой дисперсией определяются размерами входной и промежуточной (средней) щелей и аберрациями первой половины двойного монохроматора. Выходная щель выбирается такой, чтобы не виньетировать изображение входной щели. В отсутствие аберраций выходная щель была бы равна входной. В качестве примера в Таблице 1 приведены расчетные данные размеров выходной щели в зависимости от размеров входной и промежуточной щелей для MZDD350i (решетка 1200 G/mm, длина волны 546 nm).

В одинарном монохроматоре на выходе свет представляет собой участок спектра. В отличие от одинарного монохроматора для двойного монохроматора с нулевой дисперсией свет на выходе однороден, дисперсия не меняется. Данное важное свойство, наряду со способностью максимально полного подавления рассеянного света, определяют область применения MZDD350i.

• Широкая спектральная область: УФ, видимый, ИК спектральные диапазоны

​

• Низкий уровень рассеянного света

​

• Высокая апертура

​

• Высокая точность установки и определения длин волн

​

• Полная автоматизация

Оптическая схема автоматизированного двойного монохроматора с вычитанием дисперсии на базе MS3504i приведена на Рис.1.

Оптические компоненты 1-6 и 14 относятся к первому монохроматору, оптические элементы 8-12 относятся ко второму монохроматору. Спектральная щель 7 является выходной щелью первого монохроматора и одновременно входной щелью второго. Эта щель называется промежуточной.

Опционально первый монохроматор может поставляться с выходным автоматизированным зеркалом 6. При этом, дополнительно, может использоваться прямой выходной порт первого монохроматора. В этом случае первый монохроматор будет работать в режиме imaging спектрографа.

​Рис.1. Оптическая схема MZDD350i

решетка 1200 штр/мм, ширина щели 15 мкм, длина волны 546 нм

* Дополнительно может использоваться прямой выходной порт первого монохроматора. В этом случае первый монохроматор будет работать в режиме imaging спектрографа. Спецификация будет соответствовать спецификации первого монохроматора-спектрографа MS3504i.

При выборе конфигурации прибора важно правильно выбрать дифракционную решетку. Правильный выбор дифракционной решетки позволяет получить наилучшее сочетание высокой энергетической эффективности и спектрального разрешения.

С основными параметрами решеток, определяющими их правильный выбор, Вы можете ознакомиться в методическом материале «Спектральный прибор. Основные понятия и характеристики».

Мы предлагаем широкий набор дифракционных решеток для использования в Монохроматорах-спектрографах серии MS200. Вы можете выбрать нужную решетку сами из таблицы выбора дифракционных решеток, приведенной ниже, либо проконсультироваться с нашими специалистами.

В таблице выбора дифракционных решеток параметры плотность штрихов и длина волны блеска относятся к решетке. Остальные параметры характеризуют спектральный прибор совместно с выбранной решеткой.

• Плотность штрихов

Дифракционная решетка имеет периодическую структуру, свойствами которой определяются такие характеристики решетки, как разрешающая способность и область дисперсии. Периодом решетки является расстояние, через которое повторяются штрихи. Величина, обратная периоду решетки называется плотностью штрихов и показывает количество штрихов в 1 мм.

• Длина волны блеска

Отражательная способность решетки зависит от угла наклона штрихов, так как направление на центр дифракционного максимума определяется зеркальным отражением падающего пучка от грани штриха. Несмотря на достаточно пологий характер дифракционного максимума, для удобства расчетов в качестве характеристики принята длина волны блеска, соответствующая максимуму эффективности решетки. При выборе решетки полезно по известным граничным длинам волн исследуемого диапазона WL1 и WL2 определить длину волны блеска требуемой решетки. Длина волны блеска определяется из соотношения: WL_Blaze = 2 ∙ WL1 ∙ WL2 / (WL1 + WL2).

• Обратная линейная дисперсия

Дифрагированное излучение от решетки в фокальной плоскости спектрального прибора образует спектр. Для характеристики спектра используется обратная линейная дисперсия, которая определяется как обратная величина произведения угловой дисперсии решетки на фокусное расстояние прибора и показывает спектральный интервал, приходящийся на единичное линейное расстояние в фокальной плоскости.

• Спектральное разрешение

Предельное спектральное разрешение прибора равно минимальной полуширине его аппаратной функции. Аппаратная функция определяется конечными размерами входной диафрагмы, аберрациями, а также, искажениями, связанными с неточностью изготовления и погрешностью юстировки оптических элементов прибора. Кроме того, аппаратная функция, а значит, и спектральное разрешение зависят от характера освещения входной щели, используемой апертуры, характеристик системы регистрации.

• Рабочий диапазон длин волн

Областью энергетической эффективности называют область, в которой коэффициент отражения решетки не менее 0.405 от максимума. В первом порядке длины волн, ограничивающие эту область: ⅔ ∙ WL_Blaze и 2 ∙ WL_Blaze. Рабочий диапазон, как правило, соответствует области энергетической эффективности решетки. В отдельных случаях, для решеток с большими плотностью штрихов и длиной волны блеска, длинноволновая граница рабочего спектрального диапазона ограничена углом поворота решетки, который определяется конструкцией прибора.