Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Основные тенденции развития спектральных приборов. Наряду с общими для всего оптического приборостроения тенденциями развития, такими как повышение эксплуатационной надежности отдельных узлов и приборов в целом, улучшение характеристик оптических систем, повышение чувствительности и расширение спектрального диапазона работы фотоприемников, совершенствование параметров и характеристик механических узлов, элементов автоматики и электронных элементов, можно отметить некоторые специфические направления развития спектральных приборов, обусловленные их особенностями.
К таким тенденциям можно отнести следующие: развитие интерференционных приборов с селективной амплитудной и частотной модуляцией, а также приборов матричного типа и растровых приборов;
дальнейшее совершенствование конструкций классических щелевых дифракционных приборов;
использование принципов лазерной и голографической спектроскопии для создания спектральных приборов;
повышение быстродействия приборов, автоматизации измерений, использование для обработки информации ЭВМ;
разработка специализированных спектральных приборов и оптимизация их параметров в соответствии с узким назначением приборов;
поиски новых принципов построения высокоинформативных и светосильных спектральных приборов.
РАЗДЕЛ I ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УСТРОЙСТВА СПЕКТРАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
ОБ ОПТИЧЕСКОМ ИЗЛУЧЕНИИ
1. ПРИРОДА ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Под излучением понимается перенос энергии в пространстве от одного тела к другому либо с помощью материальных частиц, либо с помощью переменного электромагнитного поля.
Если энергия переносится посредством электромагнитных колебаний, то излучение характеризуется рядом величин. Основными из них (см. ГОСТ 7601—78) являются следующие — амплитуда колебаний А, фаза колебаний ф, разность фаз 6ф, период колебаний 7\ частота колебаний v, круговая частота со, длина волны X, волновое число а, интенсивность излучения /.
Амплитуда колебаний — это наибольшее значение величины, изменяющейся по закону гармонического колебания, а фаза колебаний представляет собой аргумент функции, описывающий закон колебания.
Изменение фазы колебаний на 2я — период колебаний, а величина, обратная ему, — частота колебаний.
Длина волны — расстояние, на которое смещается поверхность равной фазы волны за один период колебаний. Величина, обратная длине волны, называется волновым числом. Для представления спектров применяют различные величины. Наиболее общей из них является частота колебаний v, так как она определяется только свойствами источника излучения, в то время как длина волны X (волновое число а) зависит от показателя преломления среды.
Связь между X и v дается соотношением
v = с0/Х0 — v/X,
где с0 и Х0 — скорость света и длина волны в вакууме; v и X — скорость света и длина волны в среде. Единица частоты колебаний — герц (Гц), равная 1/7", длины волны — метр (м), микрометр (мкм), нанометр (нм), пикометр (пм).
Волновое число о = ИХ показывает, какое число длин волн укладывается в единице длины, например метре или сантиметре. Единицы волнового числа — м-1 или см'1.
Связь по абсолютным значениям интервала частот Av или волновых чисел Асг со спектральным интервалом АХ имеет вид
Av = (v/X2) АХ;
Да - АШ;
Av/v = А а/а = АХ/Х,
9
Таблица t
Длина волны А, Частота V, Гц Волновое число сг, CWT1
м мкм нм
10"7 0,1 100 3- 10х5 105
10~6 1 1 000 3-1014 ю4
10"5 10 10 000 3-10хз 10®
Таблица 2
от Пере ;ход к Что надо сделать
а, см-1 V, Гц о умножить на З-Ю10
X, мкм V, Гц 3-1014 разделить на X
X, нм V, Гц 3‘1017 » » %
Я, мкм а, см-1 1014 » » X
V, Гц к мкм 3‘1034 » » v
V, Гц О, см-1 v » » 3 * 1010
а, см-1 к мкм о | ^
Соотношения между указанными оптическими величинами приведены в табл. 1, 2.
В технике спектральных измерений используются все указанные величины, выбор наиболее удобных определяется конкретными спектроскопическими задачами.
2. ОПТИЧЕСКИЕ СПЕКТРЫ
Спектр представляет собой распределение мощности излучения по длинам волн или частотам, т. е. совокупность (дискретную или сплошную) монохроматических (характеризуемых одной длиной
волны или частотой) колебаний, которой можно представить свет от какого-либо источника излучения.
Различают спектры излучения (эмиссионные) и поглощения (абсорбционные). Совокупность длин волн (частот), содержащихся в излучении какого-либо вещества, называется эмиссионным спектром, а поглощаемых данным веществом — абсорбционным спектром. Кроме двух наиболее
Рис. 1. Графическое определение ширины спектральной линии
10
Рис. 2. Виды спектров
распространенных типов спектров существуют спектры рассеяния. Спектр получается путем разложения излучения сложного состава на монохроматические составляющие с помощью спектральных приборов. Каждому монохроматическому излучению, которое является результатом перехода возбужденного электрона с высокого энергетического уровня на основной с выделением кванта энергии е —/г-v (Л — постоянная Планка), соответствует линия излучения. При возбуждении электроном атом поглощает квант энергии; этому случаю соответствует линия поглощения.
