Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Найдем соотношение между углами а, (5 и б (рис. 85). Проведем нормаль N* к грани штриха 6. Очевидно, что угол между нормалями N и Nf будет равен углу профиля — углу наклона грани б. Через <р обозначим угол между направлением падающего луча и нормалью N', через 'ф — угол между нормалью N' и направлением дифрагированного луча. Будем считать положительными углы, откладываемые по часовой стрелке от нормали, и отрицательными — углы, откладываемые против часовой стрелки.
Следовательно, из условия зеркального отражения от зеркальной грани, т. е. <р = —'ф, получим —(3 + б = а — б, откуда
(77)
Таким образом, как следует из формулы (77), за счет изменения
угла профиля б, называемого углом блеска, можно обеспечить направление дифрагирован-
л' ного света (т. е. выбрать
угол (3), соответствую-
щее рабочему порядку спектра.
1 *
h* »и| 1
Рис. 85. Соотношения между углами в профилированной дифракционной решетке:
^ k — высота ступеньки решетки; ? » = Ntd — длина йа резанной час№; Лг* — число штрихов на 1 мм
117
,
¦ ¦; щ
Щ
,:|i
Рис. ЙО. Геометрические соотношения при отражений лучей от дифракционной решеткн с двумя зеркальными гранями
В распространенном на практике случае, когда дифрагированная волна распространяется навстречу падающей, т. е. а = р == б (автоколлимационная установка решетки), условие образования главных максимумов (76) принимает вид
2d sin б = тк, (78)
а порядок дифракционного спектра, в котором должен наблюдаться свет с максимальной интенсивностью исследуемой длины волны А.0, определяется формулой
т = (2d sin б)/к0. (79)
Одним из вариантов плоской дифракционной решетки является решетка с прямоугольными штрихами, имеющими две рабочие зеркальные гранн [А. с. 673864 (СССР)]. Решетка устанавливается таким образом (рис. 86), что падающее на нее излучение последот вательио отражается от каждой из двух граней штриха.
Каждый штрих такой решетки работает как уголковый отража* тель, что позволяет совместить направление зеркального отражения от решетки, соответствующее максимальной энергии дифрагированного излучения, с направлением из центра решетки на центр объектива, изображающего спектр для любых углов дифракции в интервалах 0—бх и 0—б2. Следовательно, в спектрографе с такой решеткой в «блеске» может быть получена любая длина волны в /н*м J'5 порядке, удовлетворяющая соотношениям ? !:Я1
Щ\\Щ
2d sin __
o<K<
2d sin 6aЧ m
!!!!!!!!
¦ ТК'ими;
r'iiil'iii'ii'imiii
для левых и правых порядков спектра соответственно.
В результате этого область длин волн излучения с высокой интенсивностью значительно расширяется, что и позволяет реЩ стрировать заданную спектральную область при различных углах дифракции в разных порядках спектра, т. е. получать спектры с личной дисперсией.
В спектрографии находят применение голографические решетк*Ц|||| Голографическая решетка представляет собой зарегистрированную^ на специальном светочувствительном слое интерференционную ка:|1;;3|; тину (голограмму), образованную двумя параллельными лазериым|||| пучками и имеющую вид системы строго параллельных полос Расстояние между полосами зависит от взаимного расположения пучков и длины волны. Голографическая прозрачная решетка яРЦ ляется амплитудной и работает на пропускание. Профиль решетки близок к синусоидальному. Специальной обработкой фотоэмульсией решетку можно превратить в рельефную и затем покрыть отражающим слоем (рис. 87). !;|
118
м1м!!ш I!1!!
Н: ifi iiiji ! !;!!‘!!!!l!
Рис. 87. Профиль голографической дифракционной решетки
Рис. 88. Геометрические соотношения при отражении лучей от вогнутой дифракционной решетки
Отметим некоторые особенности голографических дифракционных решеток. Они работают в первом порядке дифракции, а их эффективность достаточно велика только для длин волн, сравнимых с периодом решетки d. Основным преимуществом голографических дифракционных решето^ является принципиальное отсутствие у них искажений спектра (так называемых «духов»), обусловленных технологическим процессом нарезания решеток.
Вогнутая дифракционная решетка представляет собой, как правило, сферическое металлическое зеркало, на вогнутой поверхности которого нанесены резцом штрихи. Такая решетка обладает свойством фокусировать дифрагированные пучки. Для этого необходимо (рис. 88), чтобы решетка 1, входная 2 и выходная 3 щели располагались на окружности, радиус которой вдвое меньше радиуса кривизны R решетки (так называемый круг Роуланда; вогнутые решетки, как будет показано ниже, могут располагаться и вне круга Роуланда).
Условие главных максимумов, как и у плоской отражательной решетки, определяется выражением
nik = d (sin р + sin а),
а уравнение вогнутой решетки имеет вид
cos2 a cos а ^ cos2 р cos р
R 1 5 R ~~0, (8°)
Из рис. 88 видно, что если входная щель прибора находится на окружности диаметром R, проходящей также через решетку, то для нее
г — R cos а. (81)
Подставляя соотношение (80) в уравнение (76), получим
Г Г I COS2 Р COS р п
~W~ ~W 1 ЗГ~ R~ ’
откуда
S = R cos p. (82)
Из выражений (81) и (82) следует, что щель и ее изображение
