...

ブリューワー分光光度計用 レーザー光軸調整システム

by user

on
Category: Documents
14

views

Report

Comments

Transcript

ブリューワー分光光度計用 レーザー光軸調整システム
ブリューワー分光光度計用レーザー光軸調整システム
�������������
�������������
�� �� �
He-Ne and He-Cd Laser System
for Optical Alignment of Brewer Spectrophotometer
Mahito ITO
Abstract
The Aerological Observatory completed new optical alignment systems for accurate optical alignment of Brewer
spectrophotometers in the Japan Meteorological Agency (JMA) network. The systems consist of a Helium-Neon
(632.8nm) laser system with a beam expander, an optical bench, a laser holder and adjusters, a Helium-Cadmium
(441.6/325.0nm) laser system with a lens unit, and a turntable with adjustable feet for leveling. 1) The He-Ne
(632.8nm) system is useful for aligning all MKII optics from foreoptics to photomultiplier, and MKIII optics from
foreoptics to the tilted lens. 2 ) The 441.6nm laser of the He-Cd system can align MKII and MKIII optics from
foreoptics to the tilted lens. The 325.0nm laser of the same system can align all MKII and MKIII optics with high
accuracy. No difference was observed in laser beam axes between 441.6nm and 325.0nm lasers when the switching
shutter was operated. The 325.0nm laser is useful for measuring wavelength shift, optical resolution, and stray light.
3) The turntable can align the foreoptics and the spectrometer with their laser systems.
�������������������������
������
����������� (Brewer Spectrophotometer��
�������������������������
� Brewer ��� )������������������
�������Brewer ���������������
�������������������������
������������ ( 1993) �Sci-Tec (1994 )�Kipp &
�����������������Brewer �����
Zonen(1999) ��������� ( 2001)���������
���������������������������
����
�������������������������
�������������������������
�����������������
����
����������
������������������������
� ���������� Brewer � MKII � (������
�������������������������
�� MKII ��� ) � MKIII � (��������� MKIII
��������������� ( �����2001 )���
��� )�������MKIII ������������
��������������������������� Fig.1 ������������� ( Slit mask) ������
��������������������������
� Fig.2 ��������� (a�r)����������
�������������������������
�������������������������
�������������������������
������������������ ( Foreoptics) ���
����������������������
� (Spectrometer) ������� ( Photomultiplier) ����
������������������������
�������� (Top ) ��� ( Bottom) ��������
������MKIII ������������
�
����� �����
���������������� UV ��� (UV-B
─ 67 ─
高層気象台彙報 第 68 号 2008
���������
���������
����������
���������
b
������������
�������������
���������
��������������������
a
��������
c
����������������������
�������
l
m
����������
�������
����������
d
k
j
e
�������������������
f
g
h
�������������
i
���������
n
����������
���������������
p
r
q
o
�������������������
������������
Fig. 1� Optical elements of Brewer spectrophotometer MKIII.
Points a to r : Adjustable or confirmable points for optical alignment by laser beam.
The figure is from Kipp & Zonen (1999).
port) ������UV ���� ( UV prism, a)������
����������������MKIII �������
� (Zenith prism, b) � � � � � � � � � � � � � � � �
�� MKII ���������������������
(Filter wheel) #2 �#1 �� �� �� �� �� �����
������ 90°����
(Entrance slit, ES1) �����������������
�� ( Quartz window,� ��� )�������� ZP1 ��
������������������������
���������������
�������� ( hg lamp � sl lamp)���������
�� LE1 ��������� ZP1 ����������
����������������
��������������
� Brewer MKII �� 1mm ��� 1800 ������ (1800
�����������������������
gr � 1 ��MKIII �� 1mm ��� 3600 ������ (3600
(Top)�������� ( Spherical mirror)#1 �������
gr) � 2 ����������������������
�� (Grating) #1 �����������������#1
�������������������������
�������� ( Mirror) #1 (l) ������������
������� d����� (�� )� m ��������
����� ( Slit mask)( SL1) ������� (Exit slit)(EX1)
�����������
�������������������������
d (sin�+sin� ) = m�
����� (Bottom) ������� ( Mirror)#2 (n) ����
MKII ����
�������������� ( Spherical mirror) #2 ���
������ ( Grating)#2( GR2)� 2 ����������
d = 1 / 1800 mm (5.556 x 10-7 m)
��������������������
�����#2 ����������� (Exit slit)(EX2) ��
�������������
MKII ����������������������
� MKIII �����������#1 ���������
�������������������������
0.853 < (sin�+sin� ) < 1.440
����������������� ( sin�+sin� )=1.139
�����
m=1 ���� � 1 = 632.8 nm
m=2 ���� � 2 = 316.4 nm
m=3 ��� � 3 = 210.9 nm
─ 68 ─
ブリューワー分光光度計用レーザー光軸調整システム
���������
l
Slit Mask Motor
��������������
Exit Slit
k
m
��������������
����
Grating
��������
n
���������
���������
Slit Mask
o
Photo. 1� Slit mask of Brewer MKII.
Fig. 2� Slit mask of Brewer MKIII.
Red line : Spectra�1 (610�10 nm) of sl lamp.
Points k to o : Confirmable points for optical alignment by laser beam.
The figure is from Kipp & Zonen (1999).
�������������������������
������� 1 �� (�� 286.5�350.0nm) �� 5 �� (�
Table 1� Slit mask position and nominal wavelength of
Brewer spectrophotometers MKII, MKIII and MKIV.
� 350.5�363.0nm)�����������������
�������������������������
Slit Mask���������
0
1
2
3
4
5
6
7
Exit Slit���������
0
dark
1
2
3
4
5
2 and 4
�������������������������
Wavelength Setting
hg test 302.1 nm
dark count
306.3 (431.4) nm
310.0 (437.3) nm
313.5 (442.8) nm
316.8 (448.1) nm
320.0 (453.2) nm
dt test
�������������������������
��
�����������
� Brewer MKII �������������� ( sl lamp )�
(): MKIV only
������������ 0 step( �����������
���� )����� (Iris) � open ��������#2�#1
�������������������������
����� 0 �� ( ������� ) ����������
��������������� 1 ����� 2 �����
������ 3mm �����������������
���������������� 2 = 316.4 nm ����
������ Photo.1 ����������������
������������������ 3 �������
�������� 1 �����������������
�������������������������� ����� ( ��������� ) �����������
�������� 1 ��������MKII ������
������������� (���� )������
����� (Photomultiplier) �������������
� MKIII ��������� 3600gr ���������
��� ( U11 filter)������������������� ��������������������������
���� MKIII �����
�����������������3 ��������
d = 1 / 3600 mm (2.778 � 10 m)
-7
�������� ( b1ci�hg �������0.1nm ��� )
������� (sin��sin� )=1.139 �����
����� (b2ci�sl �������0.5nm ��� ) ���
m=1 ���� � 1 = 316.4 nm
�������������������������
m=2 ���� � 2 = 158.2 nm
�����������������������MKII
m=3 ���
� 3 = 105.5 nm
� MKIII ���������������������
����������������������
�������������������������
� Table 1 � � � � � � � � � � � � � � � � � �
������
(position) ����������������������
─ 69 ─
高層気象台彙報 第 68 号 2008
Rod
Cross cramp
Lasar holder
He-Ne Laser
632.8nm
Beam expander
He-Cd Laser
441.6/325.0nm
Lens Unit
Shutter
(close/441.6/325.0/dual)
Adjuster
Optical bench
Sensor
Optical bench
Carrier
Power meter
Power supply
Power supply
Photo. 2� He-Ne (632.8nm) laser system.
Photo. 3� He-Cd (441.6/325.0nm) laser system.
Table 2� He-Ne (632.8nm) laser system.
Table 3� He- Cd (441.6/325.0nm) laser system.
He-Ne Laser
He-Cd Laser
Type (SN)
Melles Griot Helium Neon Laser 05-LHP-111 (7930EO)
Type (SN)
Wavelength
632.8 nm
Wavelength
441.6nm / 325.0nm / Dual
Output
1mW (0.95mW)
Output
56.5 (47.5)mW / 12.0 (10.3)mW
Beam (1/e2)
0.59mm (1.77mm) (): beam expander use
Beam (1/e2)
1.27mm / 1.11mm
Beam expand
0.66mrad / 0.66mrad
Melles Griot Helium Neon Laser Power Supply
Warm up time (90%) 14.0min
05-LPL-911-065 (52321)
Power stability
Power Supply
Type (SN)
Laser System
Type (SN)
Mutsumi MBALS-01 (GS0060)
Focus
0.2-2.0m by expander
Frequency
150-250mm / 0-500mm (height / distance)
Kinmon Helium Cadmium Laser IK5352R-D (S3253)
(): filter use
1.5% (constant temp)
Noise (30k-2MHz)
4.0% / 8.8%
Weight
16Kg
Power Supply
Type (SN)
Kinmon Helium Cadmium Laser Power supply
KR1801C (P5079)
Power Meter
Type (SN)
���������������
Kinmon Power Meter PM-100 (M411)
Lens Unit
�������
����������������1) He-Ne (632.8nm)
���������2) He-Cd (441.6/325.0nm) ������
Type
Mutsumi He-Cd Laser Lens Unit MHECDLU-01
Beam �
50mm �distance: 1m, 50cm�
Beam expand
1.35mrad
������ 3) �������������1 )����
�������������� MKII ���������
�����2 ) ��������� MKIII ��������
������� (Beam expander)�������� 0.59mm
������3 )������������1 )� 2) ����
�� 1.77mm ������0.2m�2m ���������
�������������������������
������������������ He-Ne ����
���������
��������������������������
�
�������������������������
����He-Ne (632.8nm) ���������
�������� ON ����������������
He-Ne ����������Melles Griot ������ � � � � � � � 05-LHP -111 � � � 05-LPL-911-065
�������������������������
����������
(Melles Griot�2005) �Mutsumi ������������
�� ( ����������2006) �����������
����He-Cd (441.6 / 325.0nm) ���������
He-Cd ����������Kimmon( ���� ) ���
Photo.2 ������� Table 2 ����
He-Ne ������� 632.8nm �����������
�������������������������
��� - ��������� IK5352R-D ( �����2005a�
2006c) ��� KR1801C (�����2005a�2006b )����
─ 70 ─
ブリューワー分光光度計用レーザー光軸調整システム
�������������������������
Turntable
����������������������
������
�����������
������ Brewer ���������������
�����
1) Brewer �������������He-Ne (632.8nm)
��������� Fig.1 � a�f ���������
����������������
Adjust foot
2) ��������� Brewer ������������
Stopper
������������ ( 2001 ) ���������
���������������
Photo. 4� Turntable with the laser system.
3) ������������������������
������������������������
��������PM-100 �� ( �����2005b�2006a )�
��������� Brewer ����������
���������������������� Photo.3
����Brewer MKIII ����
������� Table 3 ����
He-Cd �������� 441.6nm�325.0nm����� ( �
Brewer MKIII ������������������
� dual ��� )� 3 �����������������
��� Photo.5 �������������������
�������������������������
������������� (Entrance slit)�������
����� ( UV-36 / U -340) �������������
�������������He-Cd (441.6/325.0nm ) ���
(close / 441.6nm/325.0nm/dual)�������������
�������������������������
����� ( Kimmon�2006) �����UV - 36 ��� 440nm
Photo.5 ��� a-1�a-6 � He-Ne (632.8nm )�����
���� 87%�����340nm ��� 0%��������
������ b-1�b-6 � He-Cd (441.6nm) ��������
U-340 ��� 340nm ���� 80%�����400nm ��
�� c-1�c-6 � He-Cd (325.0nm)�����������
� 280nm ��� 0%��������
������� point ����Fig.1 � Fig.2 ������
441.6nm ��������������������
����325.0nm ������������������
������������� a-1�c-1 ��������
�������������
����������
������������������������
(a) He-Ne (632.8nm)�������
��������������� (Lens Unit�Mutsumi � )
� He-Ne (632.8nm)������a-2 �����������
������������������� 500�1000m �
� � � � � � � � � � � � � � a-3 � � � � � � � �
������� 50mm ���������������
point-i ����������� mm ����������
������������������������
�������������������������
Brewer ����������������
������� a-3 �����������������
���������������������� ON
��������� point-k ��� a-5 � a-6 �� point �
�������������������������
�������������������Brewer ���
�������������������������
��� 3600gr �������������������
����������� 40h ������������
��������� (a-3 ���� ) ����������
������
�������������������������
��������������������
� a-4 �� point-h ������������������
�������������
���������� Photo.4 �����������
�������������������������
�������������������������
�������������������������
─ 71 ─
高層気象台彙報 第 68 号 2008
���point-j ��������������������
����Brewer MKII ����
Brewer MKII ����������� Photo.6 ����
������������������������
� �������He-Ne ( 632.8nm) ����������
�����Photo.6 ��������� Photo.5 �����
�������������������������
��
������
(d) He-Ne (632.8nm)�������
(b) He-Cd (441.6nm)�������
� He-Ne ( 632.8nm)�������������point-i �
� He-Cd (441.6nm)������b-2 ����������� ���� (a) ��������d-3 �������� point-k
(a)����b-3 ����� point-i �������point-k
� point-i ���������������������
��� b-5 � b-6 �� point �����������b-5
d-5 ������������������������
� b-6 ��point-m ����������point-r ����
��������� 1 ����������������
�������������������������
����� 2 � 316.4nm ���������������
������������������
����316.4nm ����������������Table
� ������ He-Cd (441.6nm)������ (a) ����
1 �������������������������
�������������������������
�������������������� 5 ��
����������
(316.8nm) ��������������� ( ���� d-5
����� 2 ��������� ) ����������
(c) He-Cd (325.0nm)�������
�������� ( ������ ) ����� ( �����
� He-Cd (325.0nm) �����������������
� )�������������
�� (a ) � ( b) ��������������������
� ������He-Ne (632.8nm) ����������MKII
c-2 ����� point-i ����������������
�������������������������
�������������������������(a)
��������
� He-Cd (441.6nm)�����������������
�������������������������
(e) He-Cd (441.6nm)�������
������������
� He-Cd ( 441.6nm)����� MKII �������� ( b)
� ������������������������
��������� e-3 ����� point-i ������
� � � � � � � � � � � � � c-5 � c-6 � (b ) � � � �
��������������� (b) ����point-j ��
point-m ����������point-r ���������
�� point �����������e-3 ���point-i ��
�������������������������
�������������������������
�������������������������
����� 1 ������������������ 2 �
�������������������������
220.8nm ���������������Brewer ����
�������������������������
�������������
��������� tt-mode (DOS �����������
� ������ He-Cd (441.6nm)������MKIII ��
�� ) ��������������������� ( �
�������������������������
����2003) �������������������
������������
�������������������
� �������He-Cd (325.0nm) ����������
(f) He-Cd (325.0nm)�������
�������������������������
� He-Cd (325.0nm) � � � � � MKII � � � � � � � �
�������������������������
MKIII � (c ) ��������������������
������������He-Cd (441.6nm) ������
�������������������������
�������������������������
��������������������
���������������� 441.6nm �����
� ������He-Cd (325.0nm) �����������
������325.0nm ������ point-i ������
�������������������������
��������
─ 72 ─
ブリューワー分光光度計用レーザー光軸調整システム
Photo. 5� Optical alignment of Brewer MKIII by the laser systems.
a-1 to a-6: He-Ne (632.8nm) laser. b-1 to b-6: He-Cd (441.6nm) laser. c-1 to c-6: He-Cd (325.0nm) laser.
Numbers correspond to the numbers in Figs.1 and 2.
─ 73 ─
高層気象台彙報 第 68 号 2008
Photo. 6� Optical alignment of Brewer MKII by the laser systems.
a-1 to a-6: He-Ne (632.8nm) laser. b-1 to b-6: He-Cd (441.6nm) laser. c-1 to c-6: He-Cd (325.0nm) laser.
Numbers correspond to the numbers in Figs.1 and 2.
─ 74 ─
ブリューワー分光光度計用レーザー光軸調整システム
20000000
UV Mirror
15000000
Photon counts / s
15000000
Lens Unit
10000000
10000000
5000000
0
5000000
323
324
325
326
327
0
diffuser
280
290
300
310
320
330
340
350
360
370
Wavelength (nm)
He-Cd Laser
441.6/325.0nm
1
0
Log10 (normalized)
Brewer MKIII
�
Photo. 7� Laser irradiation of Brewer UV-dome (diffuser).
�
-1
1
0
-1
-2
-2
-3
-4
-3
-5
-6
-4
-7
323
���������������
324
325
326
327
-5
�������������������������
-6
��������������������������
-7
280
290
300
310
320
330
340
350
Photo.4 ������� Brewer ������������
�������������������������
�������������������������
����������������������
Photo.6 ����� g-1 � g-2 ��MKII �������
������������He-Cd (325.0nm) ������
360
370
Wavelength (nm)
dual_1st
325_1st
442_1st
close_1st
325_2nd
442_2nd
close_2nd
dark
dual_2nd
Fig. 3� Results of irradiating Brewer MKIII #174 with He-Cd
(325.0nm) laser.
Upper figure: Photon counts/s. Lower figure: Normalized photon counts.
�������������������������
�������������������������
������� 325.0nm ��������������
������������������������g-2
��������� MKIII � BR#174( ���� ) ����
������������� (������� ) �����
���325.1nm ����������0.1nm ������
�������������������������
��������������� (FWHM�������
�����������������������
����������� )��� 0.5nm ����
������He-Cd (325.0nm) �����������
close�dual�325.0nm�441.6nm������ dark � 5 �
���������������������
He-Cd (325.0nm) �����������Brewer ���
�� 2 �����������������dual � 325.0nm
���������Brewer �������������
�������������������������
(Spectral resolution) �����������������
�����������������������362nm
��������������������������
��� 353nm �������������������
���������������UV ���������
���������������������,����
���� UV - ����������������� UV-
������Brewer ����������������
� � � � � � � � � ( Diffuser) � � � � � � � � � � �
��������
Photo.7 ��������
Brewer ���������������������
�����
������ ( hp-���MKIII �� ) ����������
� � � � � Brewer � � � � � � � � � � � 1) He-Ne
� (hg-�� ) ��������������������
(632.8nm )���������2) He-Cd (441.6/325.0nm) �
( ��� 0.1nm ����cl-�� ) �����������
����������� 3) ��������������
Fig.3 ����Fig.3 �������������� (1 ��
��������������������������
������ ) ��������������������
─ 75 ─
高層気象台彙報 第 68 号 2008
(1 ) He-Ne (632.8nm)�����������������
�� � �
��MKIII ��� MKII �����������MKII
� �������������������� (MSC) �
���������������������Brewer
Mr. Tom Grajnar � Mr. Michael Brohart ��������
������������ (316.4nm) �������
��������������(� )����������
�������� (632.8nm)������������
�������������������������
�������������������������
(2 ) He-Cd (441.6/325.0nm)����������441.6nm�
�������������������������
325.0nm�dual(�� )���������������
�������������������������
�����������������������
�����������������������
441.6nm ���������MKIII ��� MKII ��
������������������������
����
���������������325.0nm �����
��������� (2001 )�������� MKIII ���
���������������, 61, 5 - 28�
������������������������
������������������������� �����Ken Lamb����� (2001 )���������
������������������, 61, 37 - 42�
325.0nm ��������������������
���������� 441.6nm ����������
�����Vladimir Savastiouk�Michael Brohart (2003 )��
�������������������325.0nm �
������������������������
������������������������
���������, 63, 31 - 40�
������������������������
���� (2005a)�He-Cd ������������IK3�
������������������������
4�5 ������� KR1801C5001�(� )����, 37pp�
� � � � (2005b ) � � � � � � � � � � � � � PM -100�
PM -300� (� )����, 4pp�
(3 ) ��������� (1 ) � (2 ) �����������
������������������������
Kimmon �(2006 )�Technical data�spectral diabatie curves of color
filter glass�Kimmon electric co. ltd., 1pp�
��������
���� (2006a)�PM -100 Test Record�(� )����, 1pp�
(4 ) He-Cd (441.6/325.0nm)��������� 325.0nm �
���� (2006b)������������(� )����, 1pp�
�����Brewer ����������������
����(2006c)�������������(�)����, 8pp�
��������
Kipp & Zonen� (1999)�Brewer MKIII spectrophotometer operator�s
manual, OM-BA-C231 Rev. B�Kipp & Zonen Inc., Canada,
135pp�
������������������������
�������������������������
��� (1993 )��������������, 83pp�
�������������������������
Melles Griot� (2005 )�Operating instructions. Melles Griot Inc.,
Canada, 1pp.
�������������������������
����
��������� (2006 )���������������
(� )���������, 2pp�
�
�
Sci-Tec� (1994)�Brewer MKII spectrophotometer operator�s manual,
OM-BA-C05 Rev. H�Sci-Tec Instrument Inc., Canada, 102pp�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
─ 76 ─
Fly UP