Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Глава 6. ТИПОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ОПТИЧЕСКИХ
СИСТЕМ СПЕКТРАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
1. ОСОБЕННОСТИ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ СПЕКТРАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Качество изображения спектральных линий определяется в основном свойствами оптической системы и диспергирующего элемента.
Основное назначение оптической системы — обеспечить достаточное для работы спектрального прибора количество энергии излучения от источника и сфокусировать разложенное излучение на выходной диафрагме прибора или приемнике.
Ввиду целого ряда принципиальных отличий спектральных * приборов с селективной модуляцией от классических щелевых призменных н дифракционных приборов требования, предъявляемые к оптическим элементам и системам этих устройств, существенно различны. Поэтому целесообразно особенности оптических. систем приборов этих типов рассмотреть раздельно.
Призменные и дифракционные приборы* В щелевых призменных и дифракционных спектральных приборах благодаря наличию диспергирующего элемента (призмы или решетки) оптическая адстема в целом не являете»: центрированной. Диспергированные монохроматические пучки образуют с осью камерного объектива различные углы, и положение каждого изображения щели на фокальной поверхности определяется длиной волны излучения. Входной зрачок
69
!!' ч11
коллиматорного объектива и выходной зрачок камерного объектива ; совпадают с оправой (как правило, прямоугольной формы) диспер- I гирующего элемента, играющей роль апертурной диафрагмы. Кроме | этого линейные увеличения оптической системы спектрального | прибора в направлении дисперсии и направлении высоты щели, в общем случае могут быть различными. Указанные выше особен- || ности оптических систем обусловливают определенную специфику 1 расчета и выбора объективов спектральных приборов [10].
Можно сформулировать некоторые общие требования к оптическим системам таких приборов, основными из которых являются следующие: ;!
изображение, создаваемое оптической системой, должно иметь ;; минимальные аберрации, т. е. обеспечивать высокую разрешающую способность по крайней мере не меньшую, чем разрешающая способ- ! ность диспергирующего элемента;
материал преломляющих оптических элементов должен про-пускать излучение света в исследуемой области спектра с минималь- j ными потерями; |
оптическая система должна обеспечивать наибольшую светосилу, j позволяющую полностью реализовать разрешающую способность I спектрального прибора. |
Выполнение указанных выше требований достигается правиль- g ным выбором оптической схемы прибора и соответствующей коррек- | цией объективов для получения минимального значения аберраций. | Интерференционные приборы. Особенность оптических систем интерференционных приборов заключается в том, что оптические ^ элементы, осуществляющие разделение и соединение ннтерфериру- jjl ющих пучков (светоделители, модуляторы и др.), должны быть;! || изготовлены весьма тщательно (местные ошибки поверхностей не i j должны превышать 0,05—0,1 А,). Аберрационные требования, предъ- |!!;| являемые к оптическим элементам, расположенным вне интерферен-1 !)!| ционного узла, в том числе зеркальным или линзовым объективом,1 rjjjij менее жестки по сравнению с соответствующими требованиями; J к объективам щелевых приборов. 1 "||!
2. ОБЪЕКТИВЫ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ J
Влияние аберраций объективов иа качество изображения спектра*
Аберрации объективов определяются их конструктивными пара-метрами и зависят от координат пересечения лучей с плоскостью!!!!!]! входного зрачка и от координат точки идеального изображения» ^ Влияние аберраций сводится к тому, что если в спектрально»^! приборе с идеальной оптической системой изображение каждо$|| точки входной щели есть точка, то при наличии аберраций точка:!! изображается в виде кружка рассеяния.
Малые аберрации объективов почти не оказывают влияния шШ качество изображения точки, поэтому распределение освещенности в изображении щели целиком определяется дифракцией. При боль-:1|| тих аберрациях объектива происходят уширение изображения щелй:|||
и наложение дифракционных изображений каждой ее точки, что приводит к некоторому сглаживанию неравномерности распределения энергии на малых участках плоскости изображения.
Аберрации объективов, искажающие спектр* На характер и значение искажения спектра, а для щелевых приборов — и на искажение изображения щели, оказывают влияние как монохроматические (сферическая аберрация, кома, астигматизм, кривизна поля, дисторсия), так и хроматические аберрации (хроматизм положения, хроматизм увеличения, хроматическая разность сферических аберраций). Для зеркальных объективов, не имеющих оси симметрии, характерны также аберрации децентрировки (кома и астигматизм второго порядка, наклон плоскости изображения, искривление изображения).
Сферическая аберрация проявляется в том, что лучи, падающие на объектив на разном расстоянии от его оси, после преломления пересекают эту ось в разных точках. Поэтому в плоскости изображения вместо точек получаются их размытые изображения — кружки рассеяния. Радиус кружка рассеяния определяет поперечную сферическую аберрацию, а расстояние по оси между реальным изображением и изображением в идеальной системе — продольную сферическую аберрацию.
