ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Теория призмы из "Прикладная физическая оптика " Элементарная теория спектральных приборов связана с теорией призмы и дифракционной решетки как диспергирующих систем, от которых зависят основные параметры спектральных устройств — их линейная дисперсия и разрешающая способность. Для призмы последние легко определяются, когда она установлена в параллельных пучках вблизи угла наименьшего отклонения. [c.69] Установка призм, как и дифракционных решеток в параллельных пучках, связана прежде всего с тем, что в этих условиях удается получить спектры наиболее высокого качества. Аберрации кома и астигматизм при этом имеют минимальные значения. [c.69] Условие минимума отклонения, как легко можно показать, соблюдается, когда ход лучей через призму симметричен, т. е. когда угол i входа лучей в призму и угол г выхода лучей из призмы равны между собой, а следовательно, равны и углы г и г. [c.70] Угловую дисперсию призмы определяют как величину отношения изменения угла отклонения ф к вызвавшему его изменению длины волны света, проходящего через призму. Дифференцируя по к приведенные выше формулы и учитывая зависимость показателя преломления от длины волны, легко получить следующее выражение для D,y. [c.70] Вычисления указанного рода дают, например, что для 60° призм из кварца и стекла марки ТФ-1 угловые размеры ультрафиолетовой области спектра Аф 13,3°, а видимой области Аф . = 7°, т. е. почти в 2 раза меньше. Между прочим, заметим, что это одна из причин, почему дисперсионные системы для видимой области спектра часто строят в виде многопризменных. [c.71] На рис. 46 дан для примера ход линейной дисперсии для авто--коллимационного спектрографа для стеклянной и кварцевой оптики, полученный экспериментальным образом. Расчетные данные по приведенным выше формулам дали бы несколько другие результаты вследствие отступления на краях спектра от условий минимума отклонения. [c.72] Из приведенных выше соотношений совершенно ясны пути увеличения угловой дисперсии прибора. Для этого следует пользоваться призмами с достаточно большим преломляющим углом и повышенным показателем преломления призм и при необходимости увеличивать число призм. Однако обычно пользуются призмами с преломляющим углом не более чем 60°. Это объясняется тем, что при больших преломляющих углах призм очень сильно возрастают потери при отражении на входной грани призм, не говоря уже о ранее упомянутом эффекте полного внутреннего отражения на второй поверхности призмы, который быстро достигается для коротковолнового участка спектра. Этими же соображениями потерь при отражении и поглощении объясняется, почему нельзя число призм выбирать очень большим (обычно три и при автоколлимационном ходе лучей шесть). [c.72] Угловая дисперсия призм, установленных в минимуме отклонения, близка к минимальным значениям. Она существенно растет при выводе призмы из положения минимума отклонения. Так, например, для 60° призмы из стекла марки ТФ-1 уменьшение угла падения лучей на переднюю грань призмы па 12° приводит к увеличению угловой дисперс1Ш призмы в 2 раза. Это обстоятельство иногда побуждает спектроскопистов строить спектральные приборы с установкой призм вне минимума отклонения, сознательно поступаясь требованиями к качеству спектра, или пользоваться сложными призмами, специально рассчитанными для работы вне минимума отклонения. Сравнительно недавно В. И. Малышевым в лаборатории имени Г. С. Ландсберга ФИАН а был проведен подробный ана.лиз с этой точки зрения работы системы призм, показавший как преимущества, так и недостатки установки обычных призм вне минимума отклонения. [c.73] Прежде всего следует отметить, что установка призм вне минимума отклонения требует применения входного коллиматор-ного объектива высокого качества, так как астигматизм призмы резко возрастает, если через призму проходят не параллельные пучки. При наличии хроматической аберрации у входного объектива удовлетворительную установку удается получить только для узкого участка длин волн порядка 100А. [c.73] При установке призм вне минимума отклонения увеличиваются потери на отражение, что ведет к дополнительному уменьшению светосилы прибора. Так, например, расчет показывает, что для 60° призмы из стекла ТФ-1 уменьшение угла падения на входную грань призмы на 10° приводит к уменьшению интенсивности спектральных линий до 39% по сравнению с установкой в минимуме отклонения. Правда, при этом имеет место большой выигрыш в угловой дисперсии, которая возрастает в 1,9 раза. Интересно отметить, что, несмотря на уменьшение светосилы прибора при выводе призмы из минимума отклонения, этот прием увеличения линейной дисперсии все же выгоднее по сравнению с увеличением фокусного расстояния камеры спектрографов (примерно на 30%). [c.73] Угловое увеличение призмы, таким образом, зависит от угла падения г. При угле наименьшего отклонения VF= 1, при углах падения, больших угла Фт1ш VF 1, а при углах падения, меньших фтш, угловое увеличение может расти от единицы до бесконечности. [c.74] Однако при очень узких щелях увеличение дисперсии при выводе призмы из минимума отклонения не сопровождается существенным увеличением ширины линий в некоторых случаях очень близкие линии, которые не разрешаются в минимуме отклонения, разрешатся при выводе призмы из этого положения. [c.75] Для исправления кривизны спектральных линий входную щель спектрального прибора иногда делают с некоторой компенсирующей кривизной обратного знака. В монохроматорах искривленной изготавливают иногда выходную щель. [c.75] Увеличение дисперсии спектральных приборов очень часто осуществляют путем так называемой автоколлимационной уста- новки призм, когда пучки света пропускаются через диспергирующую систему 2 раза или более. В случае монохроматоров увеличения дисперсии достигают так же путем соединения двух приборов (см. 5, D этой главы). [c.76] В спектральных приборах чаще всего используют призмы с преломляющим углом г = 60°. Стеклянные призмы изготовляются из тех сортов стекла, которые обладают наибольшей дисперсией при хорошей прозрачности в фиолетовой области спектра (например, стекло марки ТФ-1, ТФ-2, ТФ-3, а иногда и ТФ-5). [c.76] Рабочая область спектрографов со стеклянной оптикой простирается от 3500 до 8000 A, а иногда и до 10 ООО А. Хотя оптическое стекло прозрачно и в инфракрасной области (до 25 ООО А), однако дисперсия в красной и ближайшей инфракрасной области по сравнению с дисперсией в фиолетовой области настолько мала, что в этой области можно работать только с многопризменными приборами. [c.76] Для инфракрасной области спектра строят специальные спектральные устройства, в которых часто используются 60° призмы, изготовленные из монокристаллов каменной соли. Такие призмы позволяют работать в спектральной области до 14—16 [г. [c.76] К сожалению, они весьма гигроскопичны, и поэтому, если не принять специальных мер, их грани быстро мутнеют, что приводит к необходимости частой нереполировки иризм. [c.76] Для различных интервалов длин волн инфракрасной области спектра часто употребляют также призмы, изготовленные из КС1, LiF, КВг, aFj и т. д. [c.76] Вернуться к основной статье