Кривизна спектральных линий.

В спектральном приборе призма, призма, как правило, устанавливается так, что луч, лежащий в плоскости главного сечения, проходит призму в условиях наименьшего отклонения. Поэтому для наклонных лучей, идущих от краёв щели, эти условия не соблюдаются, и они отклоняются призмой на больший угол. В результате спектральная линия искривляется так, что её выпуклость обращена в сторону длинных волн (рис.14).

Рис.14. К искривлению спектральной линии

на выходе призменного прибора (кривизна линий

увеличивается с уменьшением длины волны).

Форма линии у её середины описывается уравнением параболы, кривизна которой у вершины равна

, (27)

где f₂ – фокусное расстояние линзы L₂ (на рис.9); - угол падения луча на призму.

Из (27) видно, что чем короткофокуснее камерный объектив L₂, тем больше кривизна спектральных линий. Кривизна возрастает также с ростом показателя преломления, и при переходе в коротковолновую область спектра.

Астигматизм призмы.

Важным типом искажения, присущим призме, является астигматизм. Он появляется из-за того, что призма не всегда устанавливается точно в минимуме отклонения. Следствием астигматизма является то, что каждая точка входной щели в фокальной плоскости линзы L₂ изображается отрезком прямой, параллельной щели (рис.15). Это приводит к ухудшению разрешающей способности прибора из-за размытия изображения щели.

Обычно этот астигматизм невелик, т.к. призма все–таки устанавливается вблизи угла наименьшего отклонения. Длина отрезка, отображающего точку щели в фокальной плоскости прибора, обычно не превышает 0,1 – 0,2мм, что практически не уменьшает разрешающей силы прибора.

Рис.15. К астигматизму призмы.

Материал для изготовления призм.

Для разных областей спектра применяют призмы из различных материалов. Для видимой области служат специальные стекла с большой дисперсией (так называемые флинты – тяжелые стекла, содержащие значительное количество окиси свинца). Для УФ области основным материалом является кристаллический кварц. Иногда применяется сильвин (КCℓ), плавленый кварц, флюорит (CaF₂), увиолевые стекла, прозрачные в УФ области и другие материалы. В более далекой области спектра (от 1200 до 2000Å) материалом для УФ призм и других оптических деталей могут служить флюорит и фтористый литий.

В ИК области спектра используют кварц, флюорит, фтористый литий, хлористый натрий и другие кристаллы.

Типы призм.

Кристаллы кварца являются двулучепреломляющимися. Вырезанная из такого кристалла призма (произвольным образом) будет давать двойные линии из–за двойного преломления и вращения плоскости поляризации, присущих этим кристаллам.

Корню предложил изготавливать призмы из двух симметричных половин, одна из которых является право-, а другая левовращающей (см. рис. 16). Оптическая ось кристаллов расположена параллельно прохождению лучей через призму. Наиболее обычная форма призмы – трехгранная, с преломляющим углом 60º. Наряду с такими простыми призмами в ряде приборов применяются более сложные призмы, которые сводятся к комбинации нескольких обычных призм.

Рис.16. Призма Корню.

Призма постоянного отклонения (призма Аббе) устроена так, что луч, идущий в условиях наименьшего отклонения, выходит из призмы всегда перпендикулярно входящему лучу.

Устройство такой призмы показано на рис.17, на котором призма Аббе условно разделена на три призмы, из которых призма А является призмой полного внутреннего отражения, поворачивающей луч на 90º. Призмы В и С – тридцатиградусные преломляющие призмы. Применение призмы Аббе особенно удобно в монохроматорах.

Рис.17. Призма Аббе.

В небольших спектроскопах применяется призма прямого зрения, состоящая из набора 3–5 призм из стекол с различными дисперсиями (рис.18). Легко подобрать стекла I и II так, что луч, соответствующий средней части видимого спектра, проходит через призмы без изменения своего направления.

Рис.18. Призма прямого действия.

Призма с преломляющим углом около 30º с одной отражающей гранью (рис.19) называется автоколлимационной. Ее действие эквивалентно 60º-й призме. При изготовлении из кристалла кварца такая призма равноценна призме Корню. (Прохождение луча в прямом и обратном направлениях вдоль оптической оси дает тот же результат, что и прохождение через право – и левовращающие половинки призмы Корню). Автоколлимационная призма дешевле призмы Корню, так как требует меньше материала, что особенно существенно для больших кварцевых спектрографов.

Рис.19. Автоколлимационная призма