Многощелевой спектрометр с дифракционной решеткой для спектроскопии с пространственным разрешением

Abstract

Отмечено, что многощелевые дисперсионные приборы для спектроскопии с пространственным разрешением обеспечивают единовременное получение на детекторе полного куба данных I (x, y, ).Как правило, в таких спектрометрах в качестве диспергирующего элемента используются призмы, но из-за значительной спектральной зависимости величины их дисперсии эффективность использования площади двумерного фотоприемника, на котором отображается информация, содержащаяся в кубе данных I (x, y,) существенно уменьшается. Предложен принцип использования дифракционной решетки в качестве диспергирующего элемента, позволяющий существенно увеличить информационную емкость благодаря тому, что на детектор попадают световые пучки только необходимого порядка дифракции. Это обеспечивается за счет использования пропускающей дифракционной решетки, расположенной вблизи многощелевой входной маски спектрометра в неколлимированном пучке. Достоинством предложенной системы является возможность оперативного изменения дисперсии путем смещения дифракционной решетки вдоль оптической оси. Проведено численное моделирование многощелевого спектрометра. Показано, что при использовании объективов Nikon Nikkor AF 50 mm 1.4D полуширина кружков рассеяния в направлении дисперсии не превышает 15 мкм в рабочем спектральном диапазоне 405 –700 нм, что соответствует спектральному разрешению на уровне 10 нм при числе разрешаемых пространственных элементов до 2 ⋅ 104. = Multislit dispersive instruments for imaging spectroscopy allow to snapshot a data cube I (x, y, ) on a photodetector. Usually such spectrometers use a prism as a dispersive element. Due to a significant spectral dependence of the prism dispersion, the efficacy of using the 2D photodetector area, where a data cube I (x, y, is projected, is substantially decreased. According to our approach, a diffraction grating dispersive element offers a dramatic increase in the information capacity owing to elimination of the useless diffraction-order rays due to location of a transmission diffraction grating near the multislit entrance mask of a spectrometer in a noncollimated beam. The proposed design has the advantage of quick dispersion tuning by shift of the grating along the optical axis. A computer simulation of a multislit spectrometer has been performed. It is shown that FWHM of beam spots in the dispersion direction is not higher than 15 m in the working spectral range 405 –700 nm when using the Nikon Nikkor AF 50 mm 1.4D photographic lenses. That corresponds to a spectral resolution of about 10 nm for the number of resolved spatial elements up to 2 ⋅ 104.