Comments
Description
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 ─