73. Принцип роботи і загальна схема спектрального апарата.

Спектральні апарати. Для точного дослідження спектрів такі прості пристосування, як вузька щілина, що обмежує світловий пучок, і призма, вже недостатні. Необхідні прилади, які дають чіткий спектр, тобто прилади, які добре розділяють хвилі різної довжини і не допускають перекриття окремих ділянок спектра. Такі прилади називають спектральними апаратами. Найчастіше основною частиною спектрального апарата єпризма або дифракційна сітка.

Розглянемо схему пристрою призмового спектрального апарату.

Досліджуване випромінювання надходить спочатку в частину приладу, звану коліматором. Коліматор представляє собою трубу, на одному кінці якої є ширма з вузькою щілиною, а на іншому - що збирає лінза. Щілина знаходиться на фокусній відстані від лінзи. Тому розходиться світловий пучок, що потрапляє на лінзу з щілини, виходить з неї паралельним пучком і падає на призму.

Так як різним частотам відповідають різні показники заломлення, то з призми виходять паралельні пучки, що не збігаються в напрямку. Вони падають на лінзу. На фокусній відстані цієї лінзи розташовується екран - матове скло або фотопластинки. Лінза фокусує паралельні пучки променів на екрані, і замість одного зображення з щілини виходить цілий ряд зображень. Кожній частоті (вузькому спектральному інтервалу) відповідає своє зображення. Всі ці зображення разом і утворюють спектр.

Описаний прилад називається спектрографом. Якщо замість другої лінзи і екрану використовується зорова труба для візуального спостереження спектрів,то прилад називається спектроскоп. Призми та інші деталі спектральних апаратів необов'язково виготовляються зі скла. Замість скла застосовуються і такі прозорі матеріали, як кварц, кам'яна сіль і ін

Розглянемо будову найпростішого спектрального апарата – спектроскопа. Від щілини коліматора, розміщеного у фокусі коліматорної лінзи, на лінзу падає розбіжний пучок світла, заломлюючись у коліматорній лінзі цей пучок перетворюється на паралельний і падає на призму. Змінивши напрями у призмі, промені виходять так, що паралельними один одному залишаються лише промені однієї частоти.

Потрапляючи через об‘єктив у зорову трубу, всі паралельні промені дають зображення щілини у фокальній площині об‘єктива, а скільки промені різних частот паралельні різним побічним осям, кожне зображення щілини буде на певному місці спектра. Крізь окуляр зорової труби розглядають уявне і пряме зображення спектра.

Під час дослідження спектрів часто буває доцільним сформувати, а потім за допомогою мікроскопа вивчати. В цьому випадку в фокальну площину об‘єктива зорової труби поміщують світлочутливу пластину або пліву, тоді цей прилад називають спектрографом.

74. Основні характеристики спектральних приладів

Серед оптичних приладів особливе місце займають

спектральні прилади, призначені для дослідження спектрального складу світла.

До складу всіх цих приладів входить диспергуюча система, яка розкладає

падаюче світло на монохроматичні складові й відхиляє їх на кути залежно від

довжини хвилі. За типом диспергуючої системи спектральні прилади поділяють

на призмові прилади та прилади з дифракційною граткою, а за способом

реєстрування спектрів – на спектроскопи, спектрографи, спектрометри,

монохроматори та спектрофотометри. Спектроскопи призначені для візуальних

спостережень спектрів, спектрографи – для їх фотографування, спектрометри –

для запису спектрів на паперову стрічку, монохроматори – для виділення із

спектра вузької його ділянки, спектрофотометри – для фотометрування

спектральних інтенсивностей однієї й тієї самої ділянки спектра. Спектральні

прилади також розрізняють залежно від частини спектра, для якої вони

призначені: інфрачервоної, видимої, ультрафіолетової.

Схему найпростішого призмового спектрографа показано на рис.1. Світло

від вхідної щілини S, розміщеної у фокальній площині коліматорного об’єктива

О1, паралельним пучком падає на призму Р. Камерний об’єктив О2 дає

зображення щілини S у різних довжинах хвиль на поверхні Q. Розкладання

світла призмою зумовлено дисперсією показника заломлення. Внаслідок цього

величина кута відхилення монохроматичних променів залежить від довжини

хвилі: =.

Основними характеристиками спектральних приладів є кутова дисперсія,

лінійна дисперсія та роздільна здатність. Означення цих понять наведено при

вивченні дифракційної гратки.

Призми та інші оптичні елементи спектральних приладів для досліджень

різних ділянок спектра виготовляють із певних речовин. Так, для ультрафіолетової частини спектра 0,35мкмвсі оптичні елементи спектральних приладів виготовляються з кварцу, оскільки в цій частині спектра скло його поглинає. Для інфрачервоної частини спектра оптичні елементи виготовляють із кристалів KCl, NaCl, LiF та інших речовин.

У монохроматорах і спектрофотометрах, крім вхідної щілини у площині

зображення спектра, встановлюється вихідна щілина спектрального приладу. У

таких приладах за допомогою спеціальних конструкцій призм та їх комбінації із

дзеркалами добиваються постійної величини кута відхилення для різних довжин хвиль. У цьому разі вхідна і вихідна щілини перебувають у незмінному положенні, а зміщення спектра на вихідну щілину здійснюється поворотом

призми. Роздільна здатність характеризує властивість приладу розділяти світло, що

відрізняється за довжинами хвиль на інтервал . Чим менший цей інтервал,

тобто чим детальніше дослідження спектра дає змогу зробити прилад, тим

більша його роздільна здатність. Її виражають не інтервалом , а

безрозмірною величиною R /.