ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Характеристики спектральных аппаратов и сравнение их между собой из "Оптика " В настоящей главе рассмотрено действие некоторых спектральных аппаратов (дифракционная решетка, эшелон Майкельсона), позволяющих определять с очень большой точностью длины волн или разницу в длинах волн двух близких спектральных линий. Аналогичную задачу можно решить и при помощи интерференционных спе.ктроскопов (пластинка Лю.ммера—Герке, интерферометр Майкельсона, интерферометр или эталон Фабри—Перо), описанных в гл. VII. [c.211] Для того чтобы иметь возможность сравнить между собой действие этих различных аппаратов и выбрать, какой из них наиболее пригоден при решении той или иной физической задачи, необходимо установить определенные характеристики спектральной аппаратуры. [c.211] Таким образом, дисперсия тем больше, чем меньше период решетки d и чем выше порядок т наблюдаемого спектра. [c.212] Нетрудно также определить угловую дисперсию интерференционных приборов, которая, как показывает вычисление, обычно очень велика (см. упражнение 81). [c.212] НОЙ длины волны к минимуму происходит более или менее постепенно, в зависимости от устройства аппарата. Поэтому распределение освещенности на экране или фотопластинке имеет вид, изображенный на рис. 9.27. [c.213] если спадание освещенности происходит так полого, как изображено на рис. 9.27. [c.213] Для того чтобы аппарат позволил установить наличие спектральных линий двух длин волн (разрешить две длины волны), необходимо, чтобы при заданном расстоянии между максимумами очертания обеих линий были достаточно резкими (рис. 9.28). В этом случае наличие двух максимумов (двух длин волн) выступает достаточно отчетливо, несмотря на то, что горбы от каждой из них в значительной степени перекрываются. Само собой разумеется, что возможность различения двух максимумов в этом случае зависит до известной степени от чувствительности к контрасту того метода (визуального или фотометрического), которым исследуется расиределение интенсивности вдоль спектра, от возможности надежно установить небольшое различие в интенсивности. [c.213] Критерий Рэлея в указанной форме неприменим к интерференционным спектральным аппаратам, в которых, как мы видели, переход от максимума к минимуму имеет иную угловую зависимость, нежели в дифракционной решетке ). Поэтому удобнее придать критерию Рэлея несколько иной вид. Если две смежные спектральные линии имеют одинаковую интенсивность и форму, то критерий Рэлея означает, что минимум между линиями составляет около 80% от соседних максимумов. Такой контраст устанавливается вполне уверенно как при визуальных, так и при объективных (фотографических н электрических) методах регистрации. Исходя из этого, нередко предел разрешения определяют требованием, чтобы глубина седловины на интегральной кривой интенсивности двух близких и одинаково интенсивных линий составляла не менее 20% высоты соседних максимумов. [c.214] Условность критерия разрешения в этой формулировке выступает с еще большей отчетливостью. При суждении о возможности разрешения двух линий с сильно различающимися интенсивностями приходится исходить из ряда факторов, характеризующих каждый конкретный случай. Тем не менее, несмотря на условность критерия Рэлея, он оказывается весьма полезным для сравнения разрешающей способности различных приборов. Так, непосредственно ясно, что способность спектрального аппарата к различению близких длин волн тем больше, чем дальше максимумы, т. е. чем выше порядок гп и чем резче максимумы (круче переход от максимума к минимуму). [c.214] Но произведение Мё. есть общая ширина решетки. Следовательно, максимальная разрешающая способность решетки определяется ее общей шириной или, точнее, максимальной разностью хода, выраженной в длинах волн, МсИХ, между световыми пучками, распространяющимися от первого и последнего штриха решетки. [c.215] И большой общей шириной. Как уже указывалось, хорошие решетки для видимой области спектра имеют общую ширину 150 мм и содержат около 100 000 штрихов при периоде 1/600 мм. [c.216] Формула (50.4) показывает, что разрешающая способность спектрального аппарата равна произведению порядка спектра т на число световых пучков, интерферирующих в приборе. Число это для дифракционной решетки равно числу штрихов для пластинки Люм-мера—Герке или Фабри—Перо можно условно считать число N равным числу отраженных световых пучков значительной интенсивности (число эффективных лучей), которое тем больше, чем больше коэффициент отражения Я (см. 30). Для интерферометра Майкельсона Л/ = 2 для эшелона Майкельсона N равно числу пластин и т. д. [c.216] Легко видеть, что большая разрешающая способность хорошей дифракционной решетки достигается за счет огромных значений N (общего числа штрихов решетки) при незначительном т (2 или 3), тогда как в интерференционных спектроскопах N невелико (не более 20—30), но ш очень велико (десятки тысяч). Произведение тЫ есть число длин волн, представляющее разность хода между крайними световыми пучками, выходящими из прибора. Оно-то и определяет разрешающую способность любого прибора. [c.216] В основу рассмотренного выше понятия разрешающей способности положен критерий Рэлея. Наиболее важная черта этого критерия состоит в требовании, чтобы в суммарном распределении интенсивности, создаваемой двумя спектральными линиями, был минимум, составляющий определенную долю (например, 80% от соседних максимумов, см. рис. 9.28). Таким образом, согласно критерию Рэлея должно быть качественное различие между распределениями освещенности в случае одиночной и двойной линии (соответственно максимум и минимум в центре), т. е. такое различие, которое заметно без детальных количественных измерений. Иными словами, критерий Рэлея по существу предполагает только визуальные наблюдения. [c.216] Таким образом, дисперсионная область прибора зависит от порядка интерференции, наблюдаемой в данном приборе (ср. 21). [c.217] Для интерференционных спектроскопов и для эшелона Майкель-сона наблюдаемые максимумы всегда соответствуют огромной разности хода, т. е. суть максимумы высокого порядка (т — несколько тысяч и десятков тысяч), так что АХ Я,/10000, т. е. для этих приборов характерна очень малая дисперсионная область, измеряемая долями ангстрема. [c.218] Для дифракционной решетки обычно наблюдают спектры второго или третьего порядков, т. е. т = 2 или 3. В соответствии с этим дисперсионная область ДА, = Х/2 или А./3 очень велика. В этом — огромное преимущество дифракционной решетки, которая позволяет анализировать даже белый свет, т. е. очень обширный спектральный интервал (в тысячи ангстремов), тогда как пластинка Люммера—Герке, например, не дает уже отчетливых максимумов, если падающий на нее свет представляет спектральный интервал, превышающий один ангстрем. Поэтому интерференционные спектроскопы пригодны только для анализа очень однородного света, например для спектральных линий, испускаемых разреженными газами. Они оказывают неоценимые услуги при анализе таких линий, позволяя устанавливать наличие нескольких компонент в этой линии (тонкая структура), оценивать ширину линии, наличие изменений (расщеплений) под действием внешних причин (например, эффект Зеемана) и т. д. [c.218] Следующий простой опыт делает очень наглядным значение дисперсионной области. Ртутная лампа в момент зажигания содержит ртутные пары при низком давлении и испускает сравнительно узкие линии, дающие в спектроскопе с эталоном Фабри—Перо (расстояние между зеркалами около 1 см) резкие максимумы и минимумы. Через некоторое время лампа разогревается, плотность пара возрастает и линии становятся настолько широкими, что ДА, превышает О прибора максимумы сливаются и интерференционная картина исчезает. Если, однако, начать энергично обдувать лампу вентилятором, то она охлаждается и максимумы вновь разделяются. [c.218] Приведенные в табл. 9.2 данные характеризуют хорошие инструменты указанного рода, хотя и не самые лучшие. [c.218] Комбинируя действие различных спектральных аппаратов, иногда удается повысить область дисперсии аппаратуры, не снижая разрешающей способности. На этих специальных случаях мы останавливаться не будем. [c.219] Вернуться к основной статье