Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Наиболее распространена классификация приборов по способу наблюдения или регистрации спектра — визуальному, фотографическому или фотоэлектрическому.
Рис. 14. Структурная схема Рис. 15. Структурная схема спектроскопа спектрографа
26
Рис. 16. Структурная схема спектрометра
К приборам с визуальной регистрацией спектра относятся спектроскоп и стилоскоп, с фотографической регистрацией — спектрографы, с фотоэлектрической регистрацией — спектрометры, сти-лометры и квантометры.
Рассмотрим принципы построения, особенности и структурные схемы спектральных приборов основных типов.
Спектроскоп. Этот прибор предназначен для визуального наблюдения спектра. По оптической части является полихроматором. Спектроскоп состоит (рис. 14) из источника излучения 1У щели 2, объектива коллиматора 3, диспергирующего элемента 4 (призмы или дифракционной решетки) и выходного объектива 5; за объективом 5 устанавливается окуляр 6, с помощью которого дискретные или слившиеся монохроматические изображения щели, т. е. совокупность спектральных линий, рассматриваются глазом. Ввиду сравнительно малых возможностей глаза как приемника излучения (ограниченность области спектра видимой частью, зависимость точности измерений от яркости полей, области спектра и физиологического состояния наблюдателя, быстрая утомляемость и т. п.) спектроскопы в настоящее время имеют ограниченное применение. Основной способ количественных измерений — визуальное уравнивание яркостей двух частей наблюдаемого поля — измеряемой и эталонной, — при этом одна из них ослабляется с помощью светофильтров или поляризационных устройств.
Спектрограф. Этот прибор предназначен для фотографической регистрации спектра. Он состоит (рис. 15) из источника излучения У, щели 2, объектива коллиматора 3, диспергирующего элемента 4У выходного объектива 5 и фотопластинки (фотопленки) 6. С фокальной поверхностью объектива 5 совмещается светочувствительный слой фотопластинки или фотопленки. Спектрограф, как и спектроскоп, по своей оптической части является полихроматором, что дает возможность одновременно регистрировать более или менее широкую часть спектра.
Спектрографы широко используются как спектральные приборы для научных исследований и анализа спектров в заводских лабораториях, однако из-за чувствительности фотоматериалов рабочий диапазон спектра ограничен видимой и ультрафиолетовой областями.
Ряд спектрографов может использоваться с фотоэлектрическими регистрирующими приставками, т. е. в качестве спектрометров.
Спектрометр.: Этот прибор служит для фотоэлектрической. регистрации спектра. Спектрометр состоит (рис. 16) из источника излучения /, модулятора 2, входной диафрагмы (щели) 5, объектива коллиматора 4У диспергирующего элемента 5, выходного объектива 6 и выходной диафрагмы (щели) 7, совмещенной с фокальной поверхностью объектива 6. За выходной щелью установлен фотоэлектриче-
27
ский или тепловой приемник 8 (часто излучение, прошедшее через щель, направляется на приемник с помощью отдельной оптической системы). В регистрирующую часть спектрометра входят усилительное устройство 9 и индикаторное устройство 10 (осциллограф, телевизионная трубка, электронно-оптический преобразователь, измерительный прибор и т. п.).
Оптическая часть спектрометра представляет собой монохроматор, выходная щель которого выделяет узкий участок спектра. Отличительная особенность спектрометра состоит в том, что для получения информации о спектральном распределении энергии в широком диапазоне длин волн необходимо последовательно направлять на выходную щель различные участки спектра (сканировать спектр). Поэтому в состав спектрометра входит сканирующее устройство 11, которое, как правило, изменяет положение диспергирующего элемента относительно неподвижных входной и выходной щелей.
В оптическую систему спектрометра обычно входит модулятор, представляющий собой устройство для преобразования непрерывного излучения в прерывистое. Введение модулятора дает возможность использования для отработки сигналов приемника более совершенной электронной аппаратуры, а также уменьшает вредное влияние фона (подробнее см. п. 5, гл. 6).
Спектрометр может быть выполнен в многоканальном варианте. В этом случае его оптическая схема должна быть полихроматором. Вдоль фокальной поверхности выходного объектива такого спектрометра располагаются несколько щелей, одновременно выделяющих из спектра несколько узких спектральных интервалов. Многоканальные спектрометры называются квантометрами, они предназначены для количественного спектрального анализа по многим компонентам одновременно.
СИСАМ. Спектрометр с интерференционной селективной амплитудной модуляцией (СИСАМ) представляет собой спектрометр, в котором вместо призменного или дифракционного монохроматора установлен селективный (избирательный) модулятор. Параметры приемио-усилительной части спектрометра выбирают таким образом, чтобы она регистрировала только ту переменную составляющую, которая пропорциональна амплитуде модулированного сигнала,
СИСАМ состоит (рис. 17) из источника излучения входной диафрагмы 2, установленной в фокальной плоскости коллиматор-ного объектива 3, селективного оптического модулятора 4—9, выходного объектива 10, выходной диафрагмы 11, приемника 12, усилительного устройства 13 и индикатора 14. Селективный модулятор — это интерференционное устройство, в котором вместо концевых зеркал установлены диспергирующие элементы (как правило, дифракционные решетки). Например, интерферометр Майкельсона. Световой поток, сформированный объективом 3, с помощью светоделителя 4 разделяется на два пучка, которые попадают на дифракционные решетки 6, отразившись от них, интерферируют между собой и собираются соединительным устройством 9 в один пучок, падающий на выходной объектив 10. Модуляция светового цбтока осу-
