एम-टाइप से क्रॉस टाइप तकः चेर्नी-टर्नर स्पेक्ट्रोमीटर कॉन्फ़िगरेशन का दो-ट्रैक विकास

एम-टाइप से क्रॉस टाइप तकः चेर्नी-टर्नर स्पेक्ट्रोमीटर कॉन्फ़िगरेशन का दो-ट्रैक विकास

01 उत्पत्तिः बर्लिन विश्वविद्यालय से क्लासिक डिजाइन (1930)

1930 में बर्लिन विश्वविद्यालय के भौतिक संस्थान के प्रोफेसर मारियानस चेर्नी ने अपने डॉक्टरेट छात्र आर्थर फ्रांसिस टर्नर के साथ मिलकर,एक ऐतिहासिक पेपर प्रकाशित किया जिसने पहली बार चेर्नी-टर्नर (सी-टी) स्पेक्ट्रोमीटर विन्यास का प्रस्ताव दिया, दोनों शोधकर्ताओं के नाम पर रखा गया है। This design was not conceived in a vacuum but was an improvement upon the Ebert design proposed by Hermann Ebert in 1889 — Ebert had attempted to replace conventional lens collimators and camera lenses with a single concave spherical mirror to eliminate chromatic aberration, फिर भी कोमा पूरी तरह से समाप्त नहीं हुआ क्योंकि ग्रिटिंग झुकाव ने ऑप्टिकल पथ की समरूपता को बाधित किया।

फास्टी-एबर्टः एक एकल बड़े गोलाकार दर्पण और एक विमान विवर्तन ग्रिड से बना है।

चेर्नी और टर्नर के द्वारा प्रमुख नवाचार एबर्ट के एकल बड़े ढलान दर्पण को दो अलग-अलग गोलाकार दर्पणों में विभाजित करना था: एक कोलिमेटर के रूप में और दूसरा कैमरा दर्पण के रूप में कार्य करता था।इस अलग-अलग डिजाइन ने न केवल कोमा को समाप्त किया बल्कि डिजाइन में अधिक लचीलापन भी प्रदान किया।, विभिन्न वक्रता त्रिज्या, और यहां तक कि अस्थिरता मुक्त इमेजिंग प्राप्त करने के लिए टोरोइडल दर्पण में बनाया जा सकता है।यह आविष्कार प्रकाशन के बाद दो दशकों से अधिक समय तक काफी हद तक भुलाया गया।यह 1952 तक नहीं था, जब विलियम जी. फास्टी ने एबर्ट प्रणाली (बाद में एबर्ट-फास्टी प्रणाली कहा जाता है) को फिर से खोजा था,कि अकादमिक समुदाय धीरे-धीरे यह स्वीकार करने के लिए आया था कि चेर्नी-टर्नर डिजाइन एबर्ट-फास्टी प्रणाली की तुलना में विचलन सुधार के लिए अधिक अवसर प्रदान करता हैसीटी-टी प्रणाली के लाभों की पूरी तरह सराहना करने में कई और वर्ष लगे, जो अंततः इसे आधुनिक स्पेक्ट्रोमीटर में प्रमुख विन्यास बना दिया।

02 एम-प्रकारः क्लासिक अनफॉल्ड ऑप्टिकल पथ

एम प्रकार का C-T ऑप्टिकल पथ आरेख

एम-प्रकार चेर्नी-टर्नर विन्यास का सबसे क्लासिक लेआउट है, जिसे बुनियादी सी-टी ऑप्टिकल संरचना के रूप में भी जाना जाता है, जिसका नाम इसके ऑप्टिकल पथ के लिए रखा गया है जो, जब खोला जाता है,अक्षर "एम" जैसा दिखता हैइस विन्यास में, प्रवेश छेद, कोलिमेटर दर्पण, ग्रिटिंग, फोकस दर्पण और डिटेक्टर एक सीधी रेखा में व्यवस्थित होते हैं, जिससे एक स्पष्ट ऑप्टिकल पथ बनता है।

एम-प्रकार का मुख्य लाभ इसकी उत्कृष्ट संकल्प स्थिरता में निहित है।सैद्धांतिक गणनाओं और प्रयोगों से पता चलता है कि एम-प्रकार पूरे स्पेक्ट्रल रेंज में अपेक्षाकृत छोटे संकल्प भिन्नता प्रदर्शित करता है, एक सपाट वितरण का अनुमान लगाते हुए, पार प्रकार के "वी" आकार के भिन्नता से बहुत बेहतर है। इसका मतलब है कि एक व्यापक स्पेक्ट्रल रेंज में,एम-प्रकार अधिक सुसंगत रिज़ॉल्यूशन प्रदर्शन बनाए रख सकता हैइसके अतिरिक्त एम-प्रकार में अस्थिरता अनुकूलन में एक प्राकृतिक लाभ है, जो अस्थिरता को बहुत कम स्तरों तक सही करने में सक्षम है,जबकि इसकी भटकती रोशनी का प्रदर्शन भी क्रॉस प्रकार की तुलना में थोड़ा बेहतर है.

प्रतिनिधि उत्पाद: JINSP SR75C फाइबर ऑप्टिक स्पेक्ट्रोमीटर में M-प्रकार का ऑप्टिकल पथ प्रयोग किया जाता है, जो दृश्यमान 500nm/600nm रेंज में 0.15nm तक का ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करता है।

03 क्रॉस टाइपः फोल्ड ऑप्टिकल पथ की क्रांति

क्रॉस सी-टी ऑप्टिकल स्कीमा

क्रॉस टाइप (Crossed C-T) एम-टाइप से विकसित एक फोल्ड ऑप्टिकल पथ डिजाइन है। इस विन्यास में,दो ढलान दर्पण सममित रूप से समतल ग्रिड के सापेक्ष बाएं और दाएं पक्षों पर व्यवस्थित कर रहे हैं, लेकिन ऑप्टिकल पथ "गुदा" है ️ घटना बीम और निकास बीम स्थानिक रूप से प्रतिच्छेदन करते हैं। यह डिजाइन अंतरिक्ष उपयोग में काफी सुधार करता है, जिससे उपकरण संरचना अधिक कॉम्पैक्ट हो जाती है।

क्रॉस टाइप का जन्म फाइबर ऑप्टिक स्पेक्ट्रोमीटर के विकास से निकटता से जुड़ा हुआ है।लघु और पोर्टेबल स्पेक्ट्रोमीटरों की मांग नाटकीय रूप से बढ़ीक्रॉस सी-टी कॉन्फ़िगरेशन, अपने कॉम्पैक्ट पदचिह्न के कारण, छोटे फाइबर ऑप्टिक स्पेक्ट्रोमीटर के लिए आदर्श विकल्प बन गया। हालांकि, क्रॉस प्रकार की भी अंतर्निहित सीमाएं हैंःइसका संकल्प केंद्रीय तरंग दैर्ध्य पर उच्चतम है और धीरे-धीरे किनारों की ओर घटता है, "वी" के आकार का वितरण प्रदर्शित करता है; यह अस्थिरता सुधार में भी अपेक्षाकृत कमजोर है।क्रॉस प्रकार भटकती रोशनी को दबाने में अद्वितीय फायदे प्रदान करता है, जो लघुकृत डिजाइनों के लिए महत्वपूर्ण है।

प्रतिनिधि उत्पाद: SR50C और SR100B/Z/Q सहित JINSP उत्पादों में सभी क्रॉस असममित C-T कॉन्फ़िगरेशन को अपनाया जाता है।स्पेक्ट्रोमीटरों को प्रयोगशाला से औद्योगिक क्षेत्र स्थलों और पोर्टेबल अनुप्रयोगों में स्थानांतरित करने में सक्षम बनाना.

04 तकनीकी विकासः सममित से असममित, गोलाकार से मुक्त रूप में

21 वीं सदी में प्रवेश करते हुए, चेर्नी-टर्नर विन्यास के डिजाइन सिद्धांत में गहराई जारी है। 1960 के दशक में,शेफर ने पहली बार विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर कोमा को सही करने के लिए असममित संरचनाओं का उपयोग किया थाRosendahl और Shafer ने आगे सैद्धांतिक रूप से साबित किया कि क्षतिपूर्ति लेंस या टोरोइडल दर्पण का उपयोग अस्थिरता को दबाने के लिए किया जा सकता है।

आधुनिक सी-टी विन्यास विकास में दो प्रमुख रुझान दिखाई देते हैंः

असममित डिजाइनों का प्रसार
पारंपरिक सी-टी विन्यासों ने ज्यादातर सममित लेआउट अपनाए, लेकिन आधुनिक डिजाइन असममित संरचनाओं की ओर रुझान रखते हैं। वक्रता की त्रिज्या, अक्ष के बाहर कोणों को समायोजित करके,और दोनों दर्पणों की सापेक्ष स्थिति, व्यापक स्पेक्ट्रल रेंज में कोमा और एस्टिग्मेटिज्म का संतुलित सुधार प्राप्त किया जा सकता है। अध्ययनों से पता चला है कि क्रॉस-टाइप कॉन्फ़िगरेशन में,असममित मापदंडों का अनुकूलन "वी" के आकार के संकल्प वितरण में काफी सुधार कर सकता है, और यहां तक कि एक लगभग समतल संकल्प वक्र प्राप्त कर सकते हैं।

फ्रीफॉर्म सतह प्रौद्योगिकी का अनुप्रयोग
गोलाकार दर्पणों के अंतर्निहित गोलाकार विचलन को समाप्त करने के लिए, शोधकर्ताओं ने पैराबोलिक दर्पणों या मुक्त रूप सतहों के अनुप्रयोग की खोज शुरू की है।यद्यपि उच्च विनिर्माण लागत के कारण इन प्रौद्योगिकियों को अभी तक व्यापक रूप से अपनाया नहीं गया है, वे सी-टी विन्यास विकास की भविष्य की दिशा का प्रतिनिधित्व करते हैं।

05 दो-ट्रैक समानांतरताः अनुप्रयोग क्षेत्रों में अंतर और एकीकरण

लगभग एक सदी के विकास के बाद, एम-प्रकार और क्रॉस-प्रकार सी-टी विन्यास ने अनुप्रयोग स्तर पर कार्य का स्पष्ट विभाजन बनाया हैः

यह ध्यान देने योग्य है कि दोनों विन्यास पूरी तरह से अलग नहीं हैं। कुछ उच्च अंत स्पेक्ट्रोमीटर ने दोनों के फायदे को एकीकृत करना शुरू कर दिया हैएक मध्यम रूप से कॉम्पैक्ट डिजाइन प्राप्त करने के लिए क्रॉस प्रकार की तह अवधारणा को शामिल करते हुए एम-प्रकार की उच्च-रिज़ॉल्यूशन विशेषताओं को अपनानाइसके अतिरिक्त, चाहे एम-प्रकार या क्रॉस-प्रकार, आधुनिक सी-टी स्पेक्ट्रोमीटर आमतौर पर पारंपरिक स्कैनिंग निकास स्लिट को बदलने के लिए एरे डिटेक्टर (जैसे सीसीडी और सीएमओएस) का उपयोग करते हैं, जिससे तेजी से,उच्च संवेदनशीलता वाले स्पेक्ट्रल माप.

निष्कर्ष

बर्लिन विश्वविद्यालय में चेर्नी और टर्नर द्वारा 1930 के क्लासिक पेपर से लेकर 1950 के दशक में इसकी पुनः खोज तक,और 21 वीं सदी में लघु फाइबर ऑप्टिक स्पेक्ट्रोमीटर के प्रसार के माध्यम से, चेर्नी-टर्नर विन्यास लगभग एक सदी के विकास से गुजर चुका है। एम प्रकार और क्रॉस प्रकार, इस विन्यास के दो प्राथमिक रूपों के रूप में,क्रमशः दो अलग-अलग डिजाइन दर्शनों का प्रतिनिधित्व करते हैं: "प्रदर्शन पहले" बनाम "संकुचितता पहले". एम प्रकार, अपने बेहतर संकल्प स्थिरता के साथ, उच्च अंत प्रयोगशाला बाजार में एक गढ़ बनाए रखता है, जबकि क्रॉस प्रकार,अपने कॉम्पैक्ट पदचिह्न का लाभ उठाते हुए, ने पोर्टेबल उपकरणों और औद्योगिक ऑनलाइन निगरानी जैसे उभरते अनुप्रयोग क्षेत्रों को खोला है।

1971 में आर्थर फ्रांसिस टर्नर को फ्रेडरिक आइव्स पदक मिलने के बाद,यह विन्यास केवल एक ऑप्टिकल डिजाइन नहीं है बल्कि स्पेक्ट्रोस्कोपिक उपकरण के इतिहास में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर हैमुक्त रूप सतह निर्माण प्रौद्योगिकियों, उपन्यास डिटेक्टरों और कम्प्यूटेशनल ऑप्टिक्स के विकास के साथ,चेर्नी-टर्नर कॉन्फ़िगरेशन, चाहे एम-प्रकार का हो या क्रॉस-टाइप, भविष्य की स्पेक्ट्रोस्कोपिक प्रौद्योगिकियों में एक केंद्रीय भूमिका निभाएगा।.

संदर्भ:

[1] चेर्नी एम, टर्नर ए एफ. स्पिगेलस्पेक्ट्रोमीटर के साथ एस्टिग्माटिस्मस के बारे में।

[2] जेम्स जे एफ. स्पेक्ट्रोग्राफ डिजाइन मूल बातें[एम]. कैम्ब्रिजः कैम्ब्रिज यूनिवर्सिटी प्रेस, 2007।

[1] टर्नर ए एफ. जीवनी। अमेरिका के ऑप्टिकल सोसाइटी का जर्नल, 1972, 62 ((1): 1-2।