Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Pi = а/а = (/J/fi) -у (1/sin и);
р 2 = h'/h~fyft.
(12)
(13)
Для щелевых приборов размер сечения пучка Н в направлении высоты щели одинаков доя входного и выходного объективов, по-
v; | : ! i' !i!!! I : !
ИПТ
wmm,
этому относительные отверстия Лх «"''^^.^^^Ь^ъективов связаны соотношением
/i 1
Ai
Из изложенного выше следует, что относительное отверстйё выходного объектива меняется при изменении горизонтального увеличения.
Угловое поле объективов спектрального прибора может иметь различные значения, что связано с различием в условиях работы входного и выходного объективов [101.
Входной объектив, в фокальной плоскости которого располагается щель, обладает угловым полем только в сагиттальном сечении (вертикальное сечение, содержащее щель и ось входящего в нее пучка лучей). Угловое поле характеризуемся соотношением 2 tg со1о = = hlfi или при h < fx — соотношением 2(о1с = h!fx. В меридиональном сечении, перпендикулярном Ширине щели, выполняется условие а С Л, и можно считать, что угловое поле 2ы1м = 0.
Угловое поле выходных объективов зависит1 от протяженности спектра, который необходимо заретистрирбвать1 на приемнике. Если выходная щель в монохроматорах неподвижна, то объектив Не обладает угловым полем в направлении дисперсии; в направлении высоты щели 2 tg «с «=* 2<»с <=в Л7/г, т. е. W|C Если выходная
щель монохроматора подвижна, т. е. осуществляет сканирование спектра, то монохроматическиёизббражёнН^ 1!цеЛЙ Находятся в разных местах фокальной поверхности. В этом случае выходной объектив имеет угловое поле 2<а'м в направлении дисперсии, т. е. в меридиональном сечении. Это поле ог^реДйляетёя из соотношения
/ cost
2ым = 2 arctg
где I — длина спектра; % — угол наклона^ фокальной поверхности»
Щ
'I
fill
: li ill
5. СВЕТОСИЛА
Светосила спектрального прибора характеризует освещенность, создаваемую в фокальной плоскости выходного объектива (для спектрографа) или освещенность на сетчатке глаза (для спектроскопа), или поток излучения, падающий на приемник энергии излучений (для спектрометра и спектрофотометра).
В общем случае количество энергии, попадающее на приемник излучения на выходе спектрального прибора, зависит от яркостных и спектральных характеристик источника излучения, пропускания прибора, размеров входной диафрагмы и ; способов ее освё* щения. ,
Светосилу прибора по потоку можно определить как поток излучения Фа, проходящий через выходную щель, при единичной спектральной плотности энергетической яркости | излучения L (Л) {для линейчатого спектра) или LK ДА, (для сплошного спектра), где L(k)
энергетическая яркость излучающей поверхности источника, a LK — спектральная интенсивность этой величины, т. е.
8п = Фк/L (14)
или
ёс = ф>ли&к). (15)
Светосилу прибора по освещенности можно определить как освещенность выходной щели при единичной спектральной плотности энергетической яркости излучения, т. е.
G„ = ФJ(Lh'a') (16)
Gc^Ot/iUh'a'). (17)
Светосила по потоку (линейчатый спектр). Поток на выходе прибора описывается выражением [3]
0(K)^xt.ha(Si/fi)L, (18)
где — коэффициент пропускания оптической системы прибора (включая осветительную часть); Sj — площадь сечения пучка; L — энергетическая яркость.
Из выражения (18) получаем
Цл =** Ф*Д> — т>/и (Si//i). ¦ (19)
Величины halfi = Qi и ha lf'22 = Q2 представляют собой соответственно углы, под которыми входная щеЛь видна из центра входного объектива и выходная щель — из центра выходного объектива,
при этом |Qi = Q2. Произведение
и = Qx5j = Q252. (20)
где Si и Si — соответственно площади входных зрачков прибора или сечения пучка, называется геометрическим фактором прибора. Следовательно,
ёд — чил, (21)
т. е. светосила равна произведению коэффициента пропускания т*, на геометрический фактор.
Светосила по потоку (сплошной спектр). Поток на выходе прибора описывается выражением 13 J
Ф? = xyha (Sjtf) UAk (22)
следовательно,
?е = -р- = **№ (5i//i) , (23)
где , ' |1 . .
Uc = {halfi) SiM. (24)
Светосила по освещенности (линейчатый спектр). Для нахождения энергетической освещенности, создаваемой на фокальной по-
41
верхности выходного объектива^ необходимо отнести поток излучения, достигающий фокальной поверхности, к площади спектральной линии h'a'.
Из формул (12) и (13) получим
h'a = ha(f2/fi )2 (y/sin и). (25)
Чтобы найти освещенность, необходимо выражение для потока
излучения (18) разделить на площадь спектральной линии, определяемой выражением (25), т. е.
= (Ф Jh'a') = LT^siriK (Si//22)/y- (26)
В соответствии с формулой (16) светосилу прибора по освещенности для линейчатого спектра можно определить как величину освещенности монохроматического изображения щели при единичной спектральной плотности энергетической яркости излучения, т. е.
п — фу т —т и (<т
л Lha х у fl x%Ua’
где
_ sinx Sj. /осч
ия — л • \*°)
Y h
Светосила по освещенности (сплошной спектр). Согласно выражениям (17) и (22) освещенность в случае сплошного спектра
= ^ = (29)
Светосила прибора по освещенности для сплошного спектра определяется, как это следует из выражения (17), в виде
