Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Оптические элементы спектральных приборов должны быть изготовлены из материалов, прозрачных для исследуемого излучения. Для зеркальных оптических элементов нужны материалы с достаточно высоким коэффициентом отражения. Кроме того, материалы, используемые для изготовления оптических деталей, должны обладать рядом важных свойств — однородностью, способностью поддаваться механической обработке, иметь стабильные характеристики, быть нейтральными к воздействию исследуемого излучения. При выборе материала для изготовления элементов оптических систем необходимо учитывать, что при переходе из одной области спектра в другую некоторые материалы и покрытия могут существенно изменять свои характеристики.
Оптические материалы для вакуумной и ближней УФ областей спектра. Количество прозрачных материалов, из которых изготавливаются оптические элементы, используемые в коротковолновой области спектра, весьма ограничено. Наибольшее распространение в вакуумной области спектра получили отражающие и пропускающие тонкие слои. Что касается твердых тел, то ни одно из них не пропускает оптическое излучение с длиной волны, короче 105 им.
Для материалов, используемых в вакуумной области спектра, прозрачны кристаллы фтористого кальция (СаР2), фтористого магния (MgF2), фтористого бария (BaF2), фтористого стронция (SrF2), фтористого лития (LiF) и лейкосапфира.
Для изготовления окон кювет и разрядных трубок в длинноволновой области вакуумного спектра применяются кварц, сапфир, флюорит (фтористый кальций), фтористый магний, фтористый литий и фтористый стронций.
Основные материалы, используемые в вакуумной УФ области, имеют следующие коротковолновые границы пропускания Kmin:
Материал .... LiF MgF2 CaF2 BaF2 АШ3 Si02 Кварц Увиоловое
стекло
/ЧП|П, нм...... 105 ИЗ 122 135 142 142 142; 160 160
Ь7
115 по л,нм о 200 т ево л,нм м ио гго л,нм
г) d! е)
Рис. 60. Некоторые характеристики кристаллических материалов, применяемых в вакуумной ультрафиолетовой области:
а — изменение коэффициента пропускания фтористого лития в зависимости от длины волны для кристаллов разной толщины I; б—зависимость коэффициента пропускания флюорита от длины волны для кристаллов разной толщины /; a — влияние темлёраТуры окружающей среды на смещение граничных длин волн для фтористого лнтия (/), флюорита (5), фтористого бария (3), сапфира (4), кварца (5); г — изменение коэффициента пропускания флюорита » зависимости от длины волны при различных температурах Т окружающей среды; д — зависимость показателя преломления фтористого лития (/) и флюорЙТа {?) 6т дЛияы волйы; е — коэффициент пропускания флюорита до (У) й после (2) облучения светом с длиной волны, короче ПО нм
Прозрачность оптических материалов изменяется под воздействием поглощения излучения, изменения температуры (с увеличением температуры коротковолновая граница пропускания смещается в более длинноволновую область, в то время как с понижением температуры прозрачность кристаллических материалов возрастает). На рис. 60 приведены характеристики кристаллических материалов, используемых в вакуумной ультрафиолетовой области.
Как правило, линзовые объективы не используются в вакуумной УФ области спектра, что связано с трудностью ахроматизации их для широкой области спектра, хотя в отдельных сложных объективах (кварц — LiF — кварц или LiF — CaF2) можно исправить кому,
сферическую аберрацию и частично хроматизм. Поэтому в этой области спектра широкое применение нашли зеркальные объективы. В качестве покрытий для зеркальных элементов используются тонкие пленки металлов (рис. 61).
Рис. 61. Зависимость коэффициента отражения некоторых металлических пленок в вакуумной УФ области спектра
0,9 1
3 15 f 8 10 го if М 60А,мим
Рис. 62, Области пропускания стекла некоторых марок* применяемых в средней и дальней ИК областях спектра:
/ — плавленый кварц; 2 ~~ теллу-росвннцрвнотое стекло; 3 — свинцово-германиевое стекло; 4 — алюминат кальция; 5 — сурьмянистое стекло; 6 — мышьяковистое трех-сёрнй?тоё стекло; 7 — селенисто-мышьяковистое стекло
Для области спектра более 110 нм лучшие отражательные характеристики имеет алюминий. Для защиты алюминия от образования иа его поверхности окисной пленки применяются покрытия алюминиевого слоя пленкой фтористого магния. В области ~60 нм лучшими отражающими характеристиками являются слои платины и радия.
Основным материалом в ближней УФ области спектра является кварц как кристаллический, так и плавленый. Для отражающих покрытий используют алюминий, который наносят на стеклянную подложку испарением в вакууме.
Оптические материалы для видимой и ближней И К областей спектра. Основным материалом в видимой и ближней ИК областях спектра является оптическое стекло. Наиболее распространены марки К8, ТКЮ, ТК16, Ф1, ФЗ, ТФ1, ТФЗ, ТФ5. Показатели преломления указанных сортов стекла составляют 1,5—1,76, коротковолновая граница поглощения 0,32—0,38 мкм, длинноволновая 2,6—2,7 мкм.
Рис. 63. Области пропускания некоторых кристаллических материалов, применяемых в средней и дальней ИК областях спектра:
