Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Рассмотрим искажения, вносимые ПРС при сканировании спектра. За счет инерционности ПРС при сканировании выходной сигнал спектрометра претерпевает дополнительные искажения. Общее уравнение, описывающее изменение интенсивности спектральной линии во времени, имеет вид [3]
F (t) = / (if) ф (t),
где I (t) — интенсивность спектральной линии на выходе монохроматора; ^ (0 — множитель, характеризующий изменение интенсивности за счет ее искажения ПРС. Принимается, что выходной сигнал описывается кривой Гаусса.
Пусть а' — ширина спектральной линии на выходе монохроматора, т — постоянная времени ПРС, v — скорость сканирования. Зависимость между указанными величинами устанавливается с помощью параметра искажения ft:
ft = 0,85 (a'lvt) = (tjт),
где i0 — a'lv — время, за которое сканируется одна спектральная линия с шириной а'. Уменьшение коэффициента ft соответствует увеличению скорости сканирования; при ft -*¦ оо, ф -*- 1, т. е. запись линии длится бесконечно долгое время.
На рис. 74 показаны в общем виде возможные искажения линии при ft — 4 по сравнению с линией при ft — оо, приводящие к снижению интенсивности, уширению линии и ее смещению. Для количественной оценки искажений вводятся коэффициенты е = /"//',¦ = а"!а\ т] = А/а', связанные между собой следующими соотношениями [3]: для ft ^ 3
е = 1/х = 1 — 0,35/ft; т] = 0,85/fe;
для ft < 3
1/е = 0,83/k + 0,86; D/% = 0,83/ft + 0,94; т] = 0,21/ft + 0,21.
В качестве оптимального соотношения при выборе скорости сканирования принято
V A Ящщ/1 От,
где АЯшШ — ширина наиболее узкой линии в изучаемом спектре.
101
¦
1
При фотоэлектрической регистрации спектра вводится дополнительно понятие временного разрешения (аналогичного понятию спектральной разрешающей способности):
RB = Xht,
из которого следует, что ширина зарегистрированной спектральной линии не может быть меньше значения vt.
Если инерционность ПРС определяется ие электрическими параметрами (емкостью, сопротивлением, индуктивностью), а как, например, в самопишущих приборах — временем пробега каретки, то оценки искажений в спектре также можно найти по приведенным выше формулам. При этом вместо х необходимо взять время пробега %' (обычно х = 0,2-г-1 с). Вносимые инерционностью ошибки несколько увеличивают искажения, связанные с регистрацией.
РАЗДЕЛ III СПЕКТРАЛЬНЫЕ приборы
И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Глава 8. ПРИЗМЕННЫЕ И ДИФРАКЦИОННЫЕ
ПРИБОРЫ
1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИЗМЫ
Спектральная призма представляет собой многогранник, выполненный из прозрачного материала, показатель преломления которого зависит от длины волны, т. е. обладает дисперсией, характеризующей скорость изменения показателя преломления при измерении длины волны.
Для изготовления призм используют материалы с большой дисперсией, прозрачные для исследуемой области спектра, с высокой оптической однородностью и изотропностью.
Спектральные призмы, предназначенные для вакуумной УФ области, как правило, изготовляются из фтористого лития и фтористого кальция. Для этих целей могут быть также использованы кристаллы фтористого магния, фтористого бария, лейкосапфира и кристалл и ческого кварца.
Для УФ области спектра призмы изготовляют из природного кристаллического кварца. Однако кварц обладает двойным лучепреломлением к вращает плоскость поляризации. Кроме того,, природные кристаллы больших размеров с достаточно высокой однородностью встречаются редко* Поэтому разработана технология выращивания искусственных кристаллов кварца. Призмы изготовляют также из плавленого кварца, свободного от двойного лучепреломления и достаточно однородного.
Основной материал для производства призм, используемых в видимой и ближней ИК областях спектра, — оптическое стекло типа флинт (марки ТФ-1, ТФ-3), обладающее высокой дис-
персией.
В средней и дальней ИК областях используются кристаллы, выращиваемые в лабораторных условиях: каменная соль, фтористый литий, фтористый кальций, бромистый цезий, иодистый цезий, хлористобромистый таллий КРС-6, иодистобромистый таллий КРС-5 и др.
В дальней ИК области вновь становятся прозрачными стекло, кварц и другие материалы, непрозрачные для средней ИК области, однако дисперсия их весьма мала, и для изготовления призм они практически не используются.
На рис. 75 представлены зависимости от длины волны коэффициентов преломления некоторых материалов, из которых изготовляются призмы. .. :'1':
L
м 1 V
1 \
1 <
г
\\ / 3 7
\ V
6
Рис. 75. Зависимость коэффициентов преломления некоторых оптических материалов, используемых для изготовления призм:
Л — тяжелый флинт; 2 — кристаллический кварц; 3 ~ каменная соль; 4 — крон;5 — сильвнн;6 — плавленый кварц; 7 — флюорит
о о,ч о,в 1,г 1,в г,о г,ч л, мин
В спектральном приборе призму устанавливают так, чтобы линия пересечения ее преломляющих граней (преломляющее ребро) была параллельна щели. Ход лучей в плоскости главного сечения призмы (плоскость, перпендикулярная ребру призмы и проходящая через ее середину) ясен из рис. 76. Обозначим через 81 И 62 УГЛЫ падения луча на призму и выхода луча из нее, ei — угол преломления луча на первой грани, е2 — угол падения луча на вторую грань, ср — угол отклонения (образован направлениями падающего на призму и выходящего из него лучей), 9 — преломляющий угол призмы. Как следует из рис. 76,
