Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Система Ферстерлинга (рис. 81, а). Система состоит из двух одинаковых равносторонних призм и расположенной между ними
1 i ii'iili N'I::!!!!
!ri In i
I!
ii;
liiiiiiiilii!
¦I1'!:1!!1!!!
114
Рис. 82. Призменно-зеркальные системы Водсворта
призмы Аббе. Все призмы установлены в условиях минимума отклонения. При сканировании спектра работа призм в минимуме отклонения обеспечивается согласованным поворотом всех призм. Система характеризуется постоянным углом отклонения. При установке зеркала после призмы получается система, эквивалентная шестидесятиградусным призмам.
Автоколлимационная схема (рис. 81, б). По своим оптическим свойствам автоколлимационная схема эквивалентиа трехпризменной системе Ферстерлинга, но более компактна.
Система Юнга—Толлона, Эта система представляет собой две полупризмы, повернутые катетными или гипотенузными гранями к объективам коллиматора и камеры (рис. 81, я, г). Лучи, проходящие систему симметрично, всегда удовлетворяют условию минимума отклонения. При сканировании обе полупризмы поворачиваются друг относительно друга на небольшой угол.
Системы Водсворта. Комбинации призмы и зеркала, жестко соединенные друг с другом, дают системы с постоянным углом отклонения ф = п — 2а (рис. 82, а)у ср = 0 (рис. 82, б) и (р = я/2 (рис. 82, в). Для того чтобы луч, отраженный от зеркала, не смещался вдоль него при сканировании спектра, необходимо обеспечить условие: ось вращения О должна проходить через вершину угла а.
2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ
Дифракционная решетка является диспергирующим элементом, в котором разложение света на монохроматические составляющие основано на интерференции множества дифрагированных лучей света, Различают решетки, работающие на пропускание — прозрачные решетки, и на отражение — отражательные. По форме поверхности заготовки, на которую наносят вызывающие дифракцию элементы, решетки делят на плоские и вогнутые.
Прозрачная решетка (рис. 83) представляет собой совокупность параллельных равноотстоящих друг от друга щелей в непрозрачном экране. Такая решетка называется амплитудной, так как плоскость
Рис. 83. Геометрические соотноше* |
иия при прохождении лучей через |
прозрачную дифракционную ре-шетку
каждой щели совпадает с пло- ' скостью решетки, и, следовательно, не возникает раз-ности фаз при прохождении плоской волны через решетку. Дифрагированные на каждой щели лучи интерферируют между собой (рис. 83), образуя максимумы в тех направлениях, для которых разность хода лучей Л2 — = tnX, где т — целое
число; Aj — d sin а — разность хода между падающими на решетку лучами; Д2 = d sin р — разность хода между дифрагированными на решетке лучами. Следовательно,
Ш
тк ~ d (sin f$ — sin а), (75) ill
где d — постоянная (период) решетки, равная сумме ширины |
щели b и промежутка между щелями а\ а — угол падения (угол |
между направлением падающего луча и нормалью к решетке N);
Р —угол дифракции (угол между направлением дифрагированного луча и нормалью к решетке).
Выражение (75) представляет собой основное уравнение прозрач- J ной решетки. Максимумы, удовлетворяющие условию (75), назы> ; ваются главными. Как следует из уравнения (75), угол дифракции зависит от длины волны, и дифракционная решетка дает пространственное разделение лучей с различными длинами волн, т. е. разда-гает излучение в спектр.
В настоящее время прозрачную дифракционную решетку прак- -тически не используют в спектральных приборах, так как ее рабо-чий диапазон ограничивается прозрачностью материала подложки, а дифрагированное излучение концентрируется, как будет показано ниже, в нулевом порядке спектра (т = 0), что не всегда приемлемо;
Отражательная решетка (рис. 84) представляет собой совокупность равноотстоящих друг от друга параллельных штрихов — ка-¦ У навок. Отражающим элементом является грань шириной Ь. Форма штрихов может быть прямоугольной (рис. 84, а), когда плоскость рабочей грани параллельна плоскости решетки, или профилирован- ; ной, чаще всего треугольной (рис. 84, б), когда плоскость рабочей грани образует с плоскостью решетки некоторый угол 6. Из ряс^::;|| смотрения рис. 84, а и б видно, что условие максимумов определяется выражением
mk = d (sin р + sin a),
т. е. отличается от выражения (75) для прозрачной решетки только знаком.
Непрофилированная решетка также относится к амплитудным решеткам, в то время как профилированная решетка является фазовой, Дополнительная разность хода, приводящая к изменению
йб
Рис. 84. Геометрические соотношения при отражении лучей от дифракционных решеток
разности фаз, а следовательно, и интенсивности в данном порядке спектра (т. е. перераспределению интенсивности между главными максимумами), достигается варьированием угла б (рис. 84, б) между плоскостями грани штриха и решетки.
Возможность перераспределения интенсивности в главных максимумах позволяет при определенном угле падения сконцентрировать все излучение в спектре одного порядка. Поэтому отражательные решетки с профилированной формой штриха называют часто концентрирующими или блестящими, чго связано с получением максимальной интенсивности дифрагированного света в направлении луча, зеркально отраженного от рабочей грани.
