DE1200012B

DE1200012B - Arrangement for setting Littrow mirrors in a monochromator

Info

Publication number: DE1200012B
Application number: DED42067A
Authority: DE
Inventors: Dr Med Wolfgang Guttmann; Hans Becker
Original assignee: Berlin Brandenburg Academy of Sciences and Humanities
Current assignee: Berlin Brandenburg Academy of Sciences and Humanities
Priority date: 1963-07-23
Filing date: 1963-07-23
Publication date: 1965-09-02

Description

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.Arrangement for setting Littrow mirrors in a monochromator The invention relates to an arrangement for adjusting Littrow mirrors in a Monochromator with the help of a Michelson interferometer arrangement, in its telecentric A beam splitter is arranged so that a beam part of the Divider plate on a comparison plane mirror and from there in the direction of an observation optics is reflected, while the other beam part falls through the splitter plate.

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. When using monochromators, especially mirror monochromators, one or more Littrow mirrors must be used to set the desired wavelength, which are rotatably mounted on an axis, brought into a precisely defined angular position will. The reproducibility of the wavelength setting of the monochromator depends Among other things, from the accuracy and reproducibility of this mirror pivoting away.

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. It is known that these mirror swings are made by precision gears to accomplish, the position of a drive element of the transmission a Measure for the angular position reached. Impair existing errors and backlash in the transmission the desired accuracy. To avoid this disadvantage there are monochromators, which are provided with a light pointer device. The position of the for the wavelength setting critical mirror either directly by deflecting a light pointer by the said mirror or by a mirror attached to the same axis determined. Transmission errors remain ineffective with this arrangement. The achievable The precision of the angle setting is determined by the sensitivity of the light pointer. This sensitivity depends on the length of the light pointer and the number the reflections on the rotating mirror. An increase in the length of the light pointer is usually necessary a bulky design or is only due to the complex »Multiflex« arrangements to reach.

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. The increase in the number of reflections on the rotating mirror increases the degree of deflection per reflection by the value two, but then very conditional narrow bundle of light pointer rays and is therefore not simultaneously by means of a Light pointer beam path applicable to several rotating mirrors.

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. It is also a Michelson interferometer arrangement for the precise setting of angles known. In this case, there is a double wedge in the beam path that deflects the rays arranged directly in front of an inclinable reflective surface or this surface is itself divided into two mutually inclined surfaces. With symmetrical Location of Surface or surface halves opposite the semi-permeable surface of the double prism show the two stripe systems that arise next to one another in the interference image same strip spacing. In the case of an inclined position, on the other hand, there is one stripe system different strip spacing compared to the other strip system, where Then the path difference is a measure of the relative inclination of the reflecting surface or half of the surface.

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. This arrangement has the disadvantage that to determine an angle in each case the entire beam is required, so that it is not possible with a bundle of rays several independent mirrors at certain angles to adjust.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Einstellung mehrerer vorher bestimmbarer und sich wiederholender Winkellagen eines Littrow-Spiegels eine Michelson-Interferometeranordnung zu verwenden. The invention is based on the object for the setting of several previously determinable and repeating angular positions of a Littrow mirror To use Michelson interferometer arrangement.

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. According to the invention this is achieved in that by the divider plate of the Michelson interferometer several rays falling through, this ray part only partially covering, inclined to each other, with the associated adjustable Littrow mirror firmly connected mirror strips are arranged, so that the interference fringe systems all mirror strips can be observed and a setting of predetermined positions of the Littrow mirror is made possible, the symmetrical figure of the interference fringe system can be achieved.

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. Due to a fine drive that has no precision in terms of reproducibility needs to have, the axis of the monochromator mirror can be pivoted will. The occurrence of the interference phenomenon in the various mirror strips shows then each with the known high sensitivity of the same that the correct rotational position of the monochromator mirror is present. Through the interference beam path all mirror strips are overlooked at the same time, so that each Strip to the fixed values of the desired wavelengths without difficulty given is.

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. To make it easier to see the symmetry of the interference figure the mirror strips can be very slightly spherically deformed. This will appear the interference fringes do not appear as straight lines as when using planar ones Mirror, rather than curved lines. If the setting is unbalanced, the Curvature of the interference fringes the necessary adjustment direction immediately recognizable.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung können die Monochromatorspiegel sehr schnell und genau reproduzierbar auf bestimmte Winkel eingestellt werden. With the arrangement according to the invention, the monochromator mirror can be adjusted to specific angles very quickly and precisely reproducibly.

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. The arrangement, however, is not based on the setting of monochromator mirrors or generally limited to the setting of any mirrors. Rather can they also for the angle adjustment of other elements, e.g. B. prisms can be used.

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. An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. The axes 1 and 2 protrude with their upper end (above the plane of the drawing) into the Beam path space of a monochromator. In the case of a two-channel monochromator with split Littrow mirror, there is a Littrow half mirror at each end of the axis, which can be reproduced with the mentioned precision for setting the wavelength in a certain angular position must be brought.

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.The other ends of axes 1 and 2 are located in one of the beam path space adjacent space, which the interference beam path corresponding to the invention contains. This is shown in the sketch. On one or both axes 1 and 2 several mirror strips 3, 4 and 5, 6 are attached so that by a suitable Adjustment acquisition their angular position to the axes or Littrow mirrors can be finely adjusted, however, after adjustment, its position can be fixed invariably. This setting angle correspond to the experimentally found and desired wavelength settings of the monochromator. The reproducible alignment of any mirror stripe happens through the Michelson interference beam path arranged next to it.

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. This consists of a light source 7, which via a lens 8 a Entrance aperture 9 illuminated. A collimator lens 10 produces a telecentric Bundles of such a diameter that all in Question coming mirror strips be captured by it. At a Teilerplatteil the bundle is split open, whereby a portion through a comparison plan mirror 12 in the direction of an observation optics 13 is reflected with an exit aperture 14.

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. The bundle passing through the divider plate 11 is of the Mirror strips 3, 4 and 5, 6 reflect and reach the after a reflection Divider plate also into the observation optics.

Kommen durch eine entsprechende Winkellage der Spiegel streifen die Wellennormalen beider Teilstrahlenbündel zur Deckung, entsteht die erwähnte Interferenzstreifenfigur als Kriterium für die gewünschte Einstellung.Come through a corresponding angular position of the mirror, the graze Wave normals of both partial beams to coincide, the above-mentioned interference fringe figure is created as a criterion for the desired setting.

Zur Erläuterung der Wendungen »symmetrische« und »unsymmetrische« Lage der Interferenzfigur dienen die Fig. 2 und 3. To explain the expressions "symmetrical" and "asymmetrical" FIGS. 2 and 3 serve the position of the interference figure.

Aus der F i g. 2 ist ersichtlich, was unter symmetrischer Lage der Interferenzfigur bei nicht deformierten Spiegelstreifen zu verstehen ist. From FIG. 2 it can be seen what under the symmetrical position of the Interference figure is to be understood in the case of non-deformed mirror strips.

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. The interference fringe which characterizes the zero position is known to have a greater width than the adjacent strips on either side. Is located this widest strip in the middle of the mirror then has the interference figure a symmetrical position.

In der F i g. 3 ist die symmetrische und unsymmetrische Lage der Interferenzfigur auf schwach gekrümmten Spiegeln dargestellt. In FIG. 3 is the symmetrical and asymmetrical position of the Interference figure shown on slightly curved mirrors.

Claims

Claim: arrangement for setting Littrow mirrors at a monochromator using a Michelson interferometer arrangement, in whose telecentric beam a splitter plate is arranged so that a Beam part from the splitter plate to a comparison plane mirror and from there into Direction of an observation optics is reflected, while the other beam part falls through the splitter plate, characterized in that in this beam part several, inclined to one another, only partially covering this part of the rays The mirror strips firmly connected to the associated Littrow mirror to be adjusted (3, 4, 5, 6) are arranged so that the interference fringe systems of all mirror fringes are observable, and an adjustment of predetermined positions of the Littrow mirror is made possible, which is achieved with a symmetrical figure of the interference fringe system will.

Publications considered: German Auslegeschriften No. 1 109 411, 1 114 340; Kohlrausch, Practical Physics, Vol. 1, 1950, pp. 422 to 427.