ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Задача 1. Призменный спектрограф из "Практикум по спектроскопии " Разрешающая способность спектрографа. Спектральный прибор отображает строго монохроматическое излучение, освещающее входную щель, в виде некоторого распределения освещенности. Зто распределение называют инструментальным контуром спектральной линии. Его вид определяется совместным действием различных факторов. К их числу относятся дифракция на действующем отверстии спектрографа различные аберрации и другие погрешности оптики прибора, ширина входной щели и зернистая структура фотографической эмульсии. Если один из этих факторов является преобладающим, форма инструментального контура линии в основном определяется его действием. [c.15] Отдельные элементы инструментального контура какой-либо линии вносят свой вклад в формирование контуров других, в основном соседних, линий. Таким образом, в образовании каждого элемента реального контура линии в спектре принимают участие все монохроматические составляющие исходного излучения. В результате спектр на выходе прибора представляет собой свертку двух функций истинного распределения энергии в источнике и так называемой аппаратной функции прибора, описывающей инструментальный контур. [c.15] Может оказаться, что спектральный прибор, отображая монохроматическое излучение в виде распределения, отличающегося от истинного, не в состоянии передать два близких по длинам волн излучения в виде раздельно наблюдаемых спектральных линий. Инструментальные контуры таких линий будут перекрываться. В этом случае говорят, что прибор не разрешает две близкие спектральные линии. [c.15] Вследствие того что теор пропорционально й, ее максимальное значение достигается при заполнении действующего отверстия прибора светом. [c.16] Обычно реальное получаемое на практике значение разрешающей способности / пр меньше / теор- Оно ограничивается указанными выше факторами и может быть вычислено по формуле (1.6), где вместо бЯ используется АЯщ, — практический предел разрешения (т. е. разность длин волн двух близких линий с провалом интенсивности между ними 20%). [c.16] Разрешающая сила уменьшается с увеличением ширины входной щели зь Для очень узкой щели, когда ее угловой размер 3 Ц1 меньше угла ф = Я/й1 (т. е. 31 /1Я/ ), форма инструментального коцтура еще мало отличается от изображенной на рис. 5 а. С ростом 5 изображение спектральной линии уширяется и при 51 Э )1Я/й имеем дело практически с геометрическим изображением шели, ширина которого 52 = 31/2//131пе. [c.16] При 51 = Знорм через отверстие й проходит основная доля ( 80%) светового потока (см. кривые / и 2 на рис. 6). При этом (см. кривые 5 и 6) разрешающая способность уменьшается незначительно. [c.17] Рассмотрим качественно зависимость величины Е от ширины входной щели для нескольких характерных примеров. [c.18] Пример 1. Если АЛ- 0 и 51- -0 (монохроматическое освещение бесконечно узкой щели), в сумме (1.15) остается лишь первое слагаемое и освещенность Ех =ф/5Й2 оказывается пропорциональной ширине щели 51. [c.18] Зависимость освещенности на фотопластинке от ширины щели- спектрографа для строго монохроматической спектральной линии показана на рис. 6 (кривые / и 2) и на рис. 7 (кривая 1). [c.19] Промежуточный случай для интервала сплошного спектра АЯ небольшой ширины (например, для широкой спектральной линии) представлен на рис. 7 кривой 2. [c.19] Обычно, если велик исследуемый участок спектра, а щель имеет большую высоту, эти условия одновременно не выполняются. [c.20] Вследствие зависимости п (Я) призма может быть установлена на минимум отклонения только для узкого интервала длин волн, чаще всего для средней части исследуемого спектра. [c.20] Непараллельность пучков, падающих на призму, возникает вследствие неточной установки щели в фокусе коллиматорного объектива. При наличии в нем хроматической аберрации точная установка невозможна, так как фокусное расстояние такого объектива зависит от длины волны. Поэтому коллиматорные объективы обычно исправляют на хроматическую аберрацию, для чего их склеивают из линз различных сортов стекла или используют в качестве коллиматор-ного объектива вогнутое зеркало. Оно не обладает хроматической аберрацией. [c.20] Щель имеет конечную высоту, и лучи света, идущие от ее различных участков, проходят сквозь призму под различными углами. Наклонные лучи падают на призму под большим углом, чем приосевые, и преломляются сильнее. Вследствие этого спектральные линии оказываются искривленными, с выпуклостью, обращенной в сторону длинных волн. Кривизна увеличивается с уменьшением /а и с увеличением п призмы. Поэтому она возрастает к фиолетовому концу спектра. [c.20] При наличии кривизны линий астигматичные изображения, получаемые от каждой точки щели, оказываются смещенными друг относительно друга и тем больше, чем дальше от середины щели находится изображаемая точка. В результате качество изображения спектральной линии ухудшается от середины к ее концам. В большинстве случаев на практике используется центральная часть щели, которая выделяется специальной диафрагмой, установленной перед щелью (диафрагма Гартмана). [c.20] К камерному объективу также предъявляются высокие требования. Он должен давать резкое (стигматичное) и достаточно плоское изображение спектра. Практически даже с применением сложных объективов часто не удается в достаточной степени выровнять фокальную поверхность. [c.20] Выбор способа освещения щели спектрографа в значительной степени определяется целями и особенностями выполняемой работы. Для количественного спектрального анализа требуется равномерное освещение щели. Если проводится изучение пространственной структуры источника света (например, распределения температуры, концентрации электронов по различным зонам облака светящейся плазмы), щель нужно осветить так, чтобы распределение освещенности по ее высоте совпадало с распределением яркости в источнике света. При любом способе освещения щели правильные результаты измерений интенсивностей спектральных линий могут быть получены лишь в том случае, если освещенности в сопряженных точках щели и ее изображения пропорциональны. В частности, равномерной освещенности щели должно отвечать равномерное распределение освещенности по высоте изображения, т. е. вдоль изображения спектральной линии. [c.20] Щель спектрографа обычно освещается источником света, расположенным на некотором расстоянии от нее, или с помощью вспомогательной оптической системы, называемой конденсором. В этих случаях иногда может наблюдаться несоответствие между распределением освещенности на щели и в ее изображении. [c.21] Вернуться к основной статье