Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Кома — аберрация, приводящая к нарушению осевой симметрии наклонных пучков. Она проявляется в размытии изображения в направлении дисперсии.
Астигматизм выражается в том, что лучи одного и того же пучка, идущие по отношению друг к другу во взаимно перпендикулярных плоскостях, после преломления в оптической системе сходятся в разных точках пространства. При этом каждая точка изображается в виде двух взаимно перпендикулярных отрезков.
Следствием астигматизма является кривизна поля, проявляющаяся в том, что резкие изображения вертикальной щели могут быть получены не на плоскости, а на искривленной поверхности с вершиной в плоскости идеального изображения.
Дисторсия приводит к тому, что масштаб изображения в разных точках поля неодинаков. На резкость изображения спектральных линий дисторсия не оказывает влияния, так как при наличии только дисторсии каждьм параллельный пучок собирается в точку. В спектральных приборах дисторсия может лишь привести к некоторому изменению линейной дисперсии по полю.
Хроматиче:кие аберрации проявляются только в линзовых системах и заключаются в том, что изображения щели для различных Длин волн не совпадают на оптической оси и имеют неодинаковые размеры.
Требоваиия к исправлению аберраций. Коррекция объективов проводится с учетом типа спектрального прибора, его назначения и условий работы. В спектрографах в первую очередь исправляются аберрации в направлении дисперсии, так как именно они и определяют разрешающую способность прибора. При этом необходимо иметь в виду особенности работы объективов коллиматора и камеры.
71
I!
Коллиматорный объектив предназначен для формирования параллельного пучка лучей, падающего на диспергирующий элемент, и через него проходит неразложениое излучение от узкой светящейся щели, расположенной на оси системы. Камерный объектив служит для фокусирования на фотопластинку широкого пучка разложенного света.
Коллиматорный объектив должен быть исправлен на сферическую и хроматическую аберрацию, в противном случае не удается заполнить диспергирующий элемент параллельным пучком. Камерный объектив должен быть исправлен также на аберрации, зависящие от координаты вдоль направления дисперсии. Исправление астигматизма обязательно в том случае, когда необходимо правильно передать распределение освещенности вдоль высоты щели.
Наличие хроматизма положения коллиматорного и камерного объективов приводит к тому (при отсутствии других видов аберрации), что резкие монохроматические изображения входной щели получаются на различном расстоянии от фокальной поверхности камерного объектива.
Дисторсию объективов спектрографов исправлять необязательно* так как она приводит лишь к некоторому изменению высоты изображения щели по сравнению с рассчитанной по формуле для увеличения прибора.
В монохроматорах приемник регистрирует весь поток излучения, проходящий через выходную щель прибора, поэтому существенны только составляющие аберрации в направлении дисперсии. Необходимо исправлять в первую очередь сферическую аберрацию, так как она одинакова по всей высоте щели. Кома и кривизна поверхности имеют меньшее значение, так как они проявляются лишь в изображении точек щели, удаленных от оптической оси. Астигмат; тизм практически не снижает разрешающей способности, а вы-.» зывает только небольшое удлинение изображения щели. Хроматизм положения линзовых объективов подлежит обязательному исправлению, так как в противном случае будет иметь место дефокусировка при изображении входной щели для разных длин волн на неподвиж- -ной выходной щели. |||
Изложенные выше требования к исправлению аберраций каса-Щ лись объективов щелевых призменных и дифракционных приборов.
В спектральных приборах с селективной интерференционной модуляцией допускаются поперечные аберрации, в несколько раз меньшие оптимального размера 2г0 входной диафрагмы [101. Это обусловленв! тем, что уменьшение разрешающей способности прибора происходй||| за счет различия в углах падения на интерферометр лучей, выходяЩ щих из разных точек входной диафрагмы, а аберрации выходного • объектива приводят к тем же последствиям*: Если Rr —теоретиче-ска я разрешающая способность, то аберрационное уширение изобраМ;!! жения а'я должно удовлетворять условию
72
:\щ
: :Л; I iiiii i: ; ii i':i
В основном при выборе объективов для приборов этого класса достаточно провести оценку сферической аберрации и хроматизма положения для точки на оси. '
Типы объективов. В видимой и ультрафиолетовой областях спектра используется главным образом линзовая оптика, хотя налицо и определенная тенденция к применению зеркальных систём. К достоинствам линзовых объективов следует отнести возможность аберрационной коррекции и компактность. Область применения линзовых объективов ограничивается прозрачностью оптических материалов. Зеркальная оптика проще в изготовлении, ахроматична, дает возможность получить хорошее качество изображения спектральных линий при плоской фокальной поверхности и может быть использована в широкой спектральной области. При больших относительных отверстиях зеркальный объектив имеет меньшие световые потери, чем сложный объектив.
