平场全息凹面光栅多色仪

　　近十多年来，随着光电二极管阵列、CCD线阵等光电深测器的广泛使用，在光谱技术中，出现了将多通道实时探测技术与能形成平场光谱的多色仪相结合的各种平场光谱仪器忍，歇满足各种不同的测量要求。我们为了利用扫描电镜进行阴极荧光光谱的分析，研制了一种平场全息凹面光栅多色仪，文中介绍了光栅的设计和实验结果

　　一、多色仪的光学系统

　　图1是多色仪的光学系统原理图。系统中仅使用‘块平场全息凹面光栅G,’就能形成一定长度的平场光谱。图中入射狭缝A,平场光栅G和多通道接收器B都是固定不动的。这样就大大地简化了仪器的结构。

　　二、平场全息凹面光栅的设计

　　按图2建立直角坐标系，X轴沿凹面光栅法线方向，Y轴沿色散方向。用来记录干涉条纹即形成光栅刻槽的两个波长为办。的相干点光源C ( L}, y,。)和D ( LD,a,。)放置在X-Y平面。设波长为入的光线从入射狭缝上A ( L,S , a, Z)点发出，经光栅衍射后，在B(Lo,日、7')点成像，其衍射级为m，并设凹面光栅半径为R。为简化讨论，我们考虑光线AoPBo，此时全息光栅的特征函数可展开成光栅面上流动坐标y和z的幂级数。

　　式中系数F;;，表征各种象差，由下式给出

　　式中M; ;、取决于装架光栅的光学系统，H、是全息光栅特有的项，与记录光源的位置有关，它也可写成

　　这里1/a是。点的平均槽距，a称有效光栅常数，由下式给出

　　特征函数中，Cy$/ZR) I'}o。为离焦项;(z}/2R)Fo }。为象散项;(YH/ZR2)Fauu和y2B/2R2F1 z。分别为子午慧差项和象散慧差项。

　　设计全息凹面光栅时，我们采用Namiok的方法‘“’，使F} sk在给定的光谱范围(入，毛入簇入:)上为最小的原理，即使F满足下式

　　解此积分方程，可求得使该种象差F;，k最小的全息凹面光栅的装架参数。

　　图3表示平场全息凹面光栅的装架，不难看出约束光谱平面位置的几何条件为LB=L/ ( cos日。一日)。显然，为使工作波段内各谱线聚焦在某一待定平面上，就必须在这一几何条件下使子午聚焦条件得以满足，即使式(6)取(irk ) _ ( 2, o, o ) ,求解下式

　　式中a和日分别为主光线A}OB。的入射角和衍射角，它们满足光栅方程a(sina+sin日)=mR;积分上下限日:(入:)和日2(n2)是与工作波段(},`}}}$)上下限相应的衍射角。等价于式(8)解下列方程组

　　可求得平场全息凹面光栅装架参数以及与记录光源位置有关的参量Azoo。鉴于记录光源位置由Lc" Y. LD, b四个记录参数确定。为唯一确定记录光源位置，除Azo。和式(4)所，还必须给出另外两个与光源位置有关的参量。对于消象散的平场全息凹面光栅，我们再取(i,j,k) -(3,0,0), (o,2, 0 )，由式(6)计扩算al; ;}/aA, ;k=o得Aaoo. Aoa。的值。于是联立求解式(3)、(4)组成的方程组，可得到扣摄光栅的记录参数。