ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

ДИФРАКЦИОННЫЙ МОНОХРОМАТОР

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

2. ВВЕДЕНИЕ

3. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Установка собрана на базе дифракционного монохроматора МУМ (монохроматор универсальный малогабаритный), оптическая схема которого приведена на рис. 1. Излучение лампы 1 непосредственно или через конденсор 2 попадает на входную щель монохроматора 3 и далее от плоского зеркала 4 на вогнутую решетку 5, выполняющую одновременно функции диспергирующего и фокусирующего элементов монохроматора. Решетка изображает входную щель 3 в плоскости выходной щели 7 (при введенном плоском зеркале 6) или выходной щели 8 (при выведенном зеркале 6). При этом изображения щели 3, созданные излучением с разной длиной волны смещены в плоскости выходной щели, образуя несколько частично перекрывающихся спектров излучения разных порядков. Конструкция решетки и монохроматора обеспечивает преимущественную концентрацию излучения в спектре 1-го порядка. Криволинейные штрихи решетки и переменных шаг их нарезки позволяют существенно скомпенсировать аберрации, обусловленные её вогнутой поверхностью.

Особенностью монохроматора МУМ является использование сменных калиброванных щелей шириной 0,05; 0,25; 1,0; 3,0 мм. Для установки щелей в корпусе монохроматора предусмотрены гнезда. При работе в области спектра 290…710 нм обе щели устанавливаются в положение I, а в областях спектра 200…290 и 710…800 нм в положение II. Этим обеспечивается лучшая фокусировка изображения спектра. Обозначения положения сменных щелей и значения их ширины нанесены на корпусах щелей.

Введение и выведение зеркала 6 для перехода от работы с выходной щелью 7 к работе со щелью 8 и обратно производится перемещением рукоятки, расположенной на боковой стенка корпуса прибора со стороны щели 8.

Сканирование спектра относительно выходной щели осуществляется поворотом решетки вокруг вертикальной оси путем вращения рукоятки справа от счетчика длин волн, вмонтированного в лицевую панель монохроматора. Значения длин волн считываются с дискретностью 0,2 нм.

Основные технические данные монохроматора:

Рабочий диапазон длин волн 200…800 нм

Обратная линейная дисперсия 3-4 нм/мм

Разрешающая способность позволяет раздельно регистрировать линии Na 589,0/589,6 нм

Для исследования характеристик монохроматора используются спектральные лампы различных типов (см. описание лабораторной работы № 7), для градуировки установки по спектральной чувствительности – галогенная лампа накаливания КГМ 12-100 с известным относительным распределением спектральной плотности излучения.

В комплект установки входит конденсор для освещения входной щели по схеме рис. 8.1 без антивиньетирующей линзы 4 (см. описание работы № 8).

Монохроматор, конденсор и держатели с источниками света устанавливаются на рельсе. При необходимости элементы схемы освещения входной щели могут устанавливаться непосредственно на лабораторном столе.

В качестве приемника излучения в установке используется кремниевый фотодиод типа ФД7К, ФД24К или ФД288, работающий в фотогальваническом режиме. Оправа с фотодиодом устанавливается за выходной щелью 8. Фототок приемника измеряется микроамперметром типа Ф195 или другими аналогичными характеристиками.

4. Задание

   1. Произвести юстировку измерительной установки.

   2. Проверить правильность шкалы длин волн монохроматора.

   3. Проверить наличие линий из спектра 2-го порядка при работе с ртутной лампой в диапазоне длин волн 500-820 нм.

   4. Измерить линейную дисперсию монохроматора на длинах волн, указанных преподавателем.

   5. Измерить аппаратные функции монохроматора на одной из этих длин волн при разных сочетаниях ширины входной и выходной щелей, заданных преподавателем. Совместить полученные кривые с идеальными, рассчитанными с учетом линейной дисперсии, измеренной в п. 4.4.

   6. Измерить длины волн наиболее сильных линий в спектре излучения разрядной лампы, предложенной преподавателем, и сделать выводы о ее наполнении.

   7. Измерить в относительных единицах потоки излучения основных линий заданной лампы, используя для градуировки установки по спектральной чувствительности лампу накаливания с известным распределением спектральной плотности излучения.

5. Методические указания по выполнению работы

   1. Основные измерения п.п. 4.2-4.5 задания выполняются с помощью ртутной спектральной лампы, тип которой задается преподавателем. При необходимости уточнения результатов в красной области спектра, где яркость линий ртути невелика, используется спектральная лампа с другим наполнением (см. таблицу в описании работы № 7).

   2. Освещение входной щели монохроматора ртутной лампой ДРС-50 осуществляется либо непосредственно, либо с помощью конденсора (по указанию преподавателя). Установку элементов осветительной схемы на оптической оси монохроматора контролируют визуально при снятой крышке монохроматора по положению светового пятна на зеркале 4 и дифракционной решетке. Расстояния между элементами конденсорной схемы и входной щелью должны обеспечивать равномерное освещение щели изображением источника света и максимально возможное заполнение решетки падающим на нее световым пучком. При закрытой крышке прибора правильному освещению щели и решетки соответствует максимальный фототок приемника, если монохроматор настроен на одну из мощных линий излучения спектральной лампы.

   3. Перед началом измерений необходимо установить нулевое показание регистрирующего прибора при закрытой входной щели монохроматора.

   4. Проверка шкалы длин волн монохроматора производится для основных линий ртутной спектральной лампы при одинаковых входной и выходной щелях. Ширина щелей выбирается минимально возможной с учетом мощности конкретных линий.

   5. Линейная дисперсия монохроматора определяется по методике, аналогичной изложенной в описании лабораторной работы № 7 (методическое указание п. 14, рис. 7.2). Учитывается, что деления N на барабане прибора непосредственно соответствуют установленной длине волны . Измерения производятся при ширине выходной щели 3 мм и входной щели 0,05 или 0,25 мм в зависимости от интенсивности используемой линии спектра.

   6. Принадлежность линий спектра, обнаруженных при выполнении п. 4.6, тому или иному металлу (газу) определяется по таблице спектральных линий в описании работы № 7 (с. 12).

Приложение