3.5 Светофильтры

Светофильтром называется оптическая деталь, изготовленная из материала с избирательным пропусканием света. Светофильтры обычно представляют собой

плоскопараллельную пластинку, выполненную из цветного стекла, желатина,

пластмасс и т.д.

Светофильтры изменяют как яркостные, так и цветовые соотношения

между кристаллами, а также уменьшают хроматическую аберрацию. Их

используют при неблагоприятных условиях: наличие дымки, тумана, малой

контрастности объектов и т.д. Например, желтые и оранжевые светофильтры

применяют в фотографии при наличии воздушной дымки, т.к. они хорошо

поглощают синие и фиолетовые лучи. При тумане применяют оранжевые и

красные фильтры. Светофильтры изготавливают в основном из оптического

стекла по госту ГОСТ 9411-66. Название цветного стекла соответствует участку

спектра, в котором коэффициент пропускания τλ имеет наибольшее значение.

Например, стекла марки КС имеют максимальное пропускание в красной части

спектра. Общий коэффициент пропускания нескольких светофильтров рассчитывается по формуле:

(34)

где: i-номера цветных стекол, составляющих светофильтр, к_i()-показатель поглощения цветных стекол с индексом, соответствующим номеру цветного стекла, t_i-толщина соответствующих цветных стекол.

3.6 Дифракционные решётки

Дифракционные решётки, оптический прибор, представляющий собой периодическую структуру из большого числа регулярно расположенных элементов, на которых происходит дифракция света (например, параллельных и равноотстоящих штрихов, нанесенных на плоскую или вогнутую оптическую поверхность»). Штрихи с определенным и постоянным для данной дифракционной решетки профилем повторяются через одинаковый промежуток d, называемый ее периодом (рисунок 52).

Основное свойство дифракционной решетки - способность раскладывать падающий на нее пучок света по длинам волн, поэтому она используется в качестве диспергирующего элемента в спектральных приборах.

• Плоская дифракционная решетка - штрихи нанесены на плоскую поверхность,

• вогнутая дифракционная решетка штрихи нанесены на вогнутую (обычно сферическую) поверхность.

Различают дифракционные решетки:

• прозрачные и

• отражательные.

У прозрачных дифракционных решеток штрихи наносятся да поверхность прозрачной (обычно стеклянной) пластинки (или вырезаются в виде узких щелей в непрозрачном экране), и наблюдение ведется в проходящем свете. Прозрачные решетки вследствие их низкой эффективности почти не находят применения в современном спектральном приборостроении и используются для учебных целей - в демонстрационных опытах и лабораторных работах по физической оптике.

Рисунок 52. Схемы образования спектров у прозрачной и отражательной решёток.

У отражательных дифракционных решеток штрихи наносятся на зеркальную (обычно металлическую) поверхность, и наблюдение ведется в отраженном свете. Отражательные решетки, широко используются в качестве диспергирующих элементов спектральных приборов.

При падении монохроматического параллельного пучка света с длиной волны λ под углом α на дифракционную решетку(рисунок 52), состоящую из щелей ширины b, разделенных непрозрачными промежутками, происходит интерференция волн, исходящих из разных щелей. В результате после фокусировки на экране образуются максимумы, положение которых определяется уравнением:

(35)

где β - угол между нормалью к решетке и направлением распространения дифракционного пучка (угол дифракции); целое число m =0, ±1, ±2, ±3, ... равно количеству длин волн, на которое волна от некоторого элемента данной щели дифракционной решетки отстает от волны, исходящей от такого же элемента соседней щели (или опережает ее).

Монохроматические пучки, относящиеся к различным значениям т, называются порядками спектра, а создаваемые ими изображения входной щели - спектральными линиями М1. Все порядки, соответствующие положительным и отрицательным значениям т, симметричны относительно нулевого. По мере возрастания числа щелей дифракционной решетки спектральные линии становятся более узкими и резкими.

Если на дифракционную решетку падает излучение сложного спектрального состава, то для каждой длины волны получится свои набор спектральных линий М2, и, следовательно, излучение будет разложено в спектры по числу возможных значений т. Относительная интенсивность линий определяется функцией распределения энергии от отдельной щели.

Основные характеристики дифракционной решетки:

• угловая дисперсия β/Δλ характеризующая угловую ширину спектра, для данной λ не зависит or параметров решетки, а зависит только от углов α и β и возрастает с увеличением β:

(36

Таким образом, угловая ширина спектров изменяется приблизительно пропорционально номеру порядка спектра.

• разрешающая способность R измеряется отношением λ к наименьшему интервалу длин волн Δλ, который еще может разделить решетка:

(37)

где N - число штрихов дифракционной решетки, a W - ширина всей дифракционной решетки. При заданных углах разрешающая способность R может быть повышена только за счет ширины решетки W.