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Anordnung zur Einstellung von Littrow-Spiegeln bei einem Monochromator
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Einstellung von Littrow-Spiegeln bei einem
Monochromator mit Hilfe einer Michelson-Interferometeranordnung, in deren telezentrischem
Strahlenbündel eine Teilerplatte angeordnet ist, so daß ein Strahlenteil von der
Teilerplatte auf einen Vergleichsplanspiegel und von dort in Richtung einer Beobachtungsoptik
reflektiert wird, während der andere Strahlenteil durch die Teilerplatte hindurchfällt.
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Bei der Anwendung von Monochromatoren, insbesondere Spiegelmonochromatoren,
müssen zur Einstellung der gewünschten Wellenlänge ein oder mehrere Littrow-Spiegel,
die an einer Achse drehbar gelagert sind, in eine genau definierte Winkellage gebracht
werden. Die Reproduzierbarkeit der Wellenlängeneinstellung des Monochromators hängt
unter anderem von der Genauigkeit und Reproduzierbarkeit dieser Spiegelschwenkung
ab.
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Es ist bekannt, diese Spiegelschwenkungen durch Präzisionsgetriebe
zu bewerkstelligen, wobei die Stellung eines Antriebselementes des Getriebes ein
Maß für die erreichte Winkellage ist. Im Getriebe vorhandene Fehler und Spiele beeinträchtigen
die gewünschte Genauigkeit. Zur Vermeidung dieses Nachteils gibt es Monochromatoren,
die mit Lichtzeigereinrichtung versehen sind. Dabei wird die Lage des für die Wellenlängeneinstellung
kritischen Spiegels durch die Ablenkung eines Lichtzeigers entweder unmittelbar
durch den besagten Spiegel oder durch einen an gleicher Achse befestigten Spiegel
ermittelt. Getriebefehler bleiben bei dieser Anordnung unwirksam. Die erreichbare
Präzision der Winkeleinstellung wird durch die Empfindlichkeit der Lichtzeiger bestimmt.
Diese Empfindlichkeit ist abhängig von der Länge des Lichtzeigers und der Anzahl
der Reflexionen an dem Drehspiegel. Eine Erhöhung der Lichtzeigerlänge bedingt meist
eine sperrige Bauweise oder ist nur durch ebenfalls komplizierte »Multiflex«-Anordnungen
zu erreichen.
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Die Enöhung der Anzahl der Reflexionen am Drehspiegel erhöht zwar
den Ablenkungsgrad pro Rcflexion um den Wert Zwei, bedingt dann allerdings sehr
enge Lichtzeigerstrahlenbündel und ist deshalb nicht gleichzeitig mittels eines
Lichtzeigerstrahlenganges bei mehreren Drehspiegeln anwendbar.
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Es ist weiterhin zur genauen Einstellung von Winkeln eine Michelson-Interferometeranordnung
bekannt. Bei dieser ist ein die Strahlen ablenkender Doppelkeil im Strahlengange
unmittelbar vor einer neigbaren reflektierenden Fläche angeordnet oder diese Fläche
ist selbst in zwei gegeneinander geneigte Flächen unterteilt. Bei symmetrischer
Lage der
Fläche bzw. Flächenhälften gegenüber der halbdurchlässigen Fläche des Doppelprismas
zeigen die beiden im Interferenzbild nebeneinander entstehenden Streifensysteme
gleichen Streifenabstand. Bei geneigter Lage weist dagegen das eine Streifensystem
unterschiedlichen Streifenabstand gegenüber dem anderen Streifensystem auf, wobei
dann der Gangunterschied ein Maß für die relative Neigung der reflektierenden Fläche
bzw. Flächenhälfte ist.
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Diese Anordnung hat den Nachteil, daß zur Bestimmung eines Winkels
jeweils das gesamte Strahlenbündel benötigt wird, so daß es nicht möglich ist, mit
einem Strahlenbündel mehrere voneinander unabhängige Spiegel auf bestimmte Winkel
einzustellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Einstellung mehrerer
vorher bestimmbarer und sich wiederholender Winkellagen eines Littrow-Spiegels eine
Michelson-Interferometeranordnung zu verwenden.
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Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß in dem durch die Teilerplatte
des Michelson-Interferometers hindurchfallenden Strahlenteil mehrere, diesen Strahlenteil
nur teilweise bedeckende, zueinander geneigte, mit dem zugehörigen einstellbaren
Littrow-Spiegel fest verbundene Spiegelstreifen angeordnet sind, so daß die Interferenzstreifensysteme
sämtlicher Spiegelstreifen beobachtbar sind und eine Einstellung vorbestimmter Lagen
des Littrow-Spiegels ermöglicht wird, die bei symmetrischer Figur des Interferenzstreifensystems
erreicht werden.
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Durch einen Feintrieb, der bezüglich Reproduzierbarkeit keine Präzision
aufzuweisen braucht, kann die Achse des Monochromatorspiegels geschwenkt
werden.
Das Auftreten der Interferenzerscheinung bei den verschiedenen Spiegelstreifen zeigt
dann jeweils mit der bekanntermaßen hohen Empfindlichkeit derselben an, daß die
richtige Drehlage des Monochromatorspiegels vorliegt. Durch den Interferenzstrahlengang
werden sämtliche Spiegelstreifen gleichzeitig übersehen, so daß eine Zuordnung jedes
Streifens zu den fest eingestellten Werten der gewünschten Wellenlängen ohne Schwierigkeiten
gegeben ist.
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Zur leichteren Erkennbarkeit der Symmetriestellung der Interferenzfigur
können die Spiegelstreifen sehr schwach sphärisch deformiert sein. Dadurch erscheinen
die Interferenzstreifen nicht als gerade Linien wie bei der Verwendung von ebenen
Spiegeln, sondern als gekrümmte Linien. Bei unsymmetrischer Einstellung ist an der
Krümmung der Interferenzstreifen die notwendige Verstellrichtung sofort erkennbar.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung können die Monochromatorspiegel
sehr schnell und genau reproduzierbar auf bestimmte Winkel eingestellt werden.
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Die Anordnung ist jedoch nicht auf die Einstellung von Monochromatorspiegeln
bzw. allgemein auf die Einstellung beliebiger Spiegel beschränkt. Vielmehr kann
sie auch für die Winkeleinstellung anderer Elemente, z. B. Prismen, verwendet werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Die Achsen 1 und 2 ragen mit ihrem oberen Ende (oberhalb der Zeichenebene) in den
Strahlengangraum eines Monochromators. Im Falle eines Zweikanalmonochromators mit
geteiltem Littrow-Spiegel befindet sich an jedem Achsende ein Littrow-Halbspiegel,
der mit der erwähnten Präzision zur Einstellung der Wellenlänge reproduzierbar in
eine bestimmte Winkellage gebracht werden muß.
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Die anderen Enden der Achsen 1 und 2 befinden sich in einem dem Strahlengangraum
benachbarten Raum, welcher den der Erfindung entsprechenden Interferenzstrahlengang
enthält. Dieser ist in der Skizze dargestellt. An einer oder an beiden Achsen 1
und 2 sind mehrere Spiegelstreifen 3, 4 und 5, 6 so befestigt, daß durch eine geeignete
Justierfassung ihre Winkellage zu den Achsen bzw. Littrow-Spiegeln fein einstellbarist,
jedoch nach derJustierung ihre Lage unveränderlich fixiert werden kann. Diese Einstellwinkel
entsprechen den experimentell aufgefundenen und gewünschten Wellenlängeneinstellungen
des Monochromators. Die reproduzierbare Ausrichtung jedes beliebigen Spiegelstreifens
geschieht durch den daneben angeordneten Michelson-Interferenzstrahlengang.
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Dieser besteht aus einer Lichtquelle7, die über eine Linse 8 eine
Eintrittsblende 9 beleuchtet. Eine Kollimatorlinse 10 erzeugt ein telezentrisches
Bündel von einem solchen Durchmesser, daß sämtliche in
Frage kommenden Spiegelstreifen
davon erfaßt werden. An einer Teilerplatteil wird das Bündel aufgespalten, wobei
ein Anteil durch einen Vergleichsplanspiegel 12 in Richtung einer Beobachtungsoptik
13 mit einer Austrittsblende 14 reflexiert wird.
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Das durch die Teilerplatte 11 hindurchtretende Bündel wird von den
Spiegelstreifen 3, 4 und 5, 6 reflexiert und gelangt nach einer Reflexion an der
Teilerplattell ebenfalls in die Beobachtungsoptik.
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Kommen durch eine entsprechende Winkellage der Spiegel streifen die
Wellennormalen beider Teilstrahlenbündel zur Deckung, entsteht die erwähnte Interferenzstreifenfigur
als Kriterium für die gewünschte Einstellung.
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Zur Erläuterung der Wendungen »symmetrische« und »unsymmetrische«
Lage der Interferenzfigur dienen die Fig. 2 und 3.
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Aus der F i g. 2 ist ersichtlich, was unter symmetrischer Lage der
Interferenzfigur bei nicht deformierten Spiegelstreifen zu verstehen ist.
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Der die Nullage kennzeichnende Interferenzstreifen hat bekanntlich
eine größere Breite als die auf beiden Seiten angrenzenden Streifen. Befindet sich
dieser breiteste Streifen in der Mitte des Spiegels, dann hat die Interferenzfigur
eine symmetrische Lage.
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In der F i g. 3 ist die symmetrische und unsymmetrische Lage der
Interferenzfigur auf schwach gekrümmten Spiegeln dargestellt.