17. Какую функцию выполняет монохроматор

Монохроматор (моно- + chroma, chromatos цвет) — прибор для выделения оптического излучения в узком интервале длин волн; применяется при некоторых видах лабораторных исследований.

Монохроматор – это спектральный прибор для выделения узких участков спектра оптического излучения. Монохроматор состоит (рис. 14) из входной щели 1, освещаемой источником излучения, коллиматора 2, диспергирующего элемента 3, фокусирующего объектива 4 и выходной щели 5. Диспергирующий элемент пространственно разделяет лучи разных длин волн l, направляя их под разными углами υ, и в фокальной плоскости объектива 4 образуется спектр – совокупность изображений входной щели в лучах всех длин волн, испускаемых источником. Нужный участок спектра совмещают с выходной щелью поворотом диспергирующего элемента; изменяя ширину щели 5, изменяют спектральную ширину dl выделенного участка.

Рис. 14. Общая схема монохроматора: 1 - входная щель, освещаемая источником излучения; 2 - входной коллиматор; 3 - диспергирующий элемент; 4 - фокусирующий объектив выходного коллиматора; 5 - выходная щель .

Диспергирующими элементами монохроматора служат дисперсионные призмы и дифракционные решетки. Их угловая дисперсия D = ∆φ/∆λ вместе с фокусным расстоянием f объектива 4 определяют линейную дисперсию ∆l/∆f = Df (∆φ - угловая разность направлений лучей, длины волн которых отличаются на ∆λ; ∆l – расстояние в плоскости выходной щели, разделяющее эти лучи).

До недавнего времени призмы были дешевле решеток в изготовлении, они обладают большой дисперсией в УФ-области. Однако их дисперсия существенно уменьшается с ростом λ, и для разных областей спектра нужны призмы из разных материалов. Решетки свободны от этих недостатков, имеют постоянную высокую дисперсию во всем оптическом диапазоне и при заданном пределе разрешения позволяют построить монохроматор с существенно большим выходящим световым потоком, чем призменный монохроматор.

Основными характеристиками монохроматора являются: предел разрешения dl, т. е. наименьшая разность длин волн, еще различимая в выходном излучении монохроматора, либо его разрешающая способность R, определяемая, как и для любого другого спектрального прибора, отношением λ/dλ.

Объективы монохроматоров (коллиматорный и фокусирующий) могут быть линзовыми или зеркальными. Зеркальные объективы пригодны в более широком спектральном диапазоне, чем линзовые, и, в отличие от последних, не требуют перефокусировки при переходе от одного выделяемого участка спектра к другому, что особенно удобно для ИК- и УФ-областей спектра.

Р ис. 15. Монохроматор Эберта (z-образная симметричная схема): 1- входная щель, 2 - сферическое зеркало, 3 - дифракционная решетка, 4 – выходная щель.

Из большого количества существующих оптических схем благодаря небольшим габаритам при хороших спектральных характеристиках широкое распространение получили монохроматоры с дифракционной решеткой, изготовленные по схеме Черни – Тернера (рис. 16). Преимущество этой схемы перед монохроматором Эберта заключается в том, что отпадает необходимость в большом вогнутом зеркале 2 (рис. 15), которое заменяется на два зеркала меньшего размера.