Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
ксимуме полосы пропускания, т. е. / (Я) = 0,5/иих.
Фактор контрастности С представляет собой отношение интенсивности в максимуме пропускания фильтра /max к интенсивности Jmla в области спектра, отстоящего от /йах на расстояние, много большее
^max, Т. е. С Лпах/^mln-
Апертура светофильтра 26р представляет собой угловую ширину светового пучка, при которой монохроматичность фильтра заметно не ухудшается от углового расширения падающего светового пучка.
Различают абсорбционные фильтры отражательные, интерференционные, дисперсионные и интерференционно-поляризационные [6].
Абсорбционные фильтры. Действие абсорбционных фильтров основано на ослаблении света, проходящего через материал фильтра.
Коэффициент пропускания абсорбционного фильтра, как это следует из закона Бугера, выражается формулой
т(А) = [1 — р(Х)]ге-“ <*•>*,
где р (А.) — коэффициент отражения света на поверхности фильтра; а (X) — коэффициент поглощения; I —толщина слоя.
Коэффициент пропускания абсорбционного фильтра зависим от угла падения е согласно зависимости
di* J ^ j*y sin 8
Т ’ 8 7
где dt/т—относительное изменение пропускания.
Из этого следует, что при установке абсорбционных светофилЙ-Щ тров в световых пучках с большой угловой апертурой необходимо учитывать увеличение поглощения наклонных лучей.
Из абсорбционных фильтров наибольшее распространение полу-аа чили стеклянные фильтры, которые отличаются постоянством спек*з' тральных характеристик, устойчивостью к тепловым и световым воздействиям, высокой оптической однородностью. Комбинацией; нескольких стеклянных фильтров можно обеспечить предварительную монохроматизацию излучения или отсечение нежелательно! части спектра. Набор фильтров, состоящий из 117 паспортизованных
78
iiiiilii'ii
lllllinill
.iiijiii;
111
образцов, выпускается отечественной промышленностью. Характеристики таких фильтров приведены в руководстве 13].
Действие полупроводниковых абсорбционных фильтров основано на существовании у некоторых материалов резкого края поглощения оптического излучения на длине волны 10- Использование полупроводниковых фильтров дает возможность резко ограничить ИК спектр с коротковолновой стороны.
Жидкостные абсорбционные фильтры используются сравнительно редко, что главным образом связано с необходимостью применения кювет. Кроме того, при нагревании однородность жидкостных фильтров ухудшается. Достоинством таких фильтров является возможность их изготовления в лабораторных условиях. При этом можно плавно изменять характеристики пропускания фильтров путем варьирования концентраций компонентов раствора.
Газовые абсорбционные фильтры, представляющие собой кюветы с парами газов и металлов, также используются при некоторых спектральных измерениях. Их достоинство — избирательность спектров поглощения. Например, для выделения ультрафиолетовой области используется кварцевая кювета с насыщенными парами брома при нормальной температуре. Кюветы с парами легколетучих металлов применяют в тех случаях, когда из исследуемого спектра необходимо исключить резонансные линии этих металлов.
Отражательные фильтры. Эти фильтры представляют собой тонкие металлические и диэлектрические пленки, наносимые на стеклянную или кварцевую подложку. Они предназначены для выделения различных участков коротковолновой части спектра. Для изготовления отражательных фильтров применяются пленки серебра и щелочных металлов (Cs, Rb, К, Na, Li и др.). Область прозрачности таких фильтров простирается до 125 нм. Поскольку собственное поглощение в пленках мало, основной вклад в ослабление проходящего света вносит отражение от поверхности.
Ниже приведены пределы области прозрачности тонких слоев металлов, используемых для изготовления отражательных фильтров:
Металл ...... Ап Cs РЬ Ag К Na Li
Область прозрач- —205
ности, нм ... . 450— 440— 360— 340— 315— 210—
530 186 186 310 170 125
Хорошими селективными свойствами обладают отражательные фильтры, представляющие собой многослойные диэлектрические покрытия с одинаковой оптической толщиной А./4 = — nzt2,
где Пх и — показатели преломления чередующихся слоев толщиной /j и t2, при этом пг > п2. Для определенного интервала волн, близкого по ширине к К при взаимодействии множества интерферирующих лучей образуется интерференционная картина с максимумом заданной ширины. Например* для получения коэффициента отражения фильтра р я» 0,99 наносят 11—13 чередующихся слоев из MgFa, SiOjs (na = 1,3-~М), TiOj, ZnS (n = 2,2—2,3). Путем ком-
ъшшпгж
%. Ч Ч Ч ^
V ч ч ч ^
Ч \ч Ч ^ Zzzmr/K
Рис, 53. Имтерференциoiiный светофильтр
бинации слоев различной толщи-ны можно обеспечить спектраль-j ные кривые отражения (nporiyc-, кания) различной формы.
В качестве отражательных ^ фильтров в ИК области спектра применяют некоторые кристаллы, селективно отражающие длинноволновое излучение в области аномальной дисперсии, т. е. вблизи собственных частот колебаний кристаллических решеток [6 3. Кристаллические фильтры такого рода основаны на так называемом «металлическом отражении».
Фильтрация излучения с помощью селективных отражателей носит название метода остаточных лучей. Его достоинством являются простота и возможность выделения длинноволнового ИК излучения (до 200 мкм) высокой интенсивности при относительно высокой однородности.
