Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Установка Игля (рис. 95, в> г) реализуется в том случае, когда a = р. При этом входная щель и центр фокальной поверхности (для спектрографа) или выходная щель (для монохроматора) располагаются под одним и тем же углом по отношению к нормали ре- ; шетки, но разносятся по высоте (рис. 95, в). В другом варианте [ (рис. 95, г) входная щель вынесена в сторону, излучение направ* ••
130
лястся и а решетку с помощью полного внутреннего отражения. Для изменения спектрального диапазона решетка поворачивается вокруг вертикальной оси и перемещается вдоль оси прибора.
Установка нормального падения (рис. 95, (9) используется при измерениях в вакуумной УФ области. Участок спектра с X < 185 нм располагается близко к нулевому порядку решетки, поэтому угол падеция выбирается в пределах 5—10°. Линейная дисперсия при этом изменяется незначительно.
Установка скользящего падения (рис. 95, е) также используется для вакуумной УФ области при а & 90°. Благодаря такому падению света на решетку повышается ее эффективность, особенно в коротковолновой области. При этом решетка нарезается на стекле и не покрывается отражающим слоем. Следует отметить, что линейная дисперсия изменяется очень быстро.
При скользящем падении велик астигматизм, что приводит к уменьшению освещенности спектральных линий на фокальной плоскости прибора, а также к уменьшению длины нарезанной части решетки.
Установка в параллельных лучах. Условие фокусировки спектра (80) выполняется также при освещении вогнутой решетки параллельным пучком лучей. Действительно, при R оо будем иметь
5 — cos2 р
cos а + cos р
или для малых р
S -- /?/(1 + cos а). 0Q3)
Из выражения (103) следует, что спектр располагается на кривой (параболе), радиус кривизны которой вблизи вершины примерно равен половине радиуса кривизны круга Роуланда.
Установка Водсворта (рис. 95, ж) состоит из щели 2, расположенной в фокальной плоскости сферического вогнутого зеркала, решетки 1, освещаемой параллельным пучком лучей, и фотопластинки. Спектр фокусируется решеткой на расстоянии от нее, равном — /?/2. Фокальная плоскость прибора имеет форму, близкую к параболиче-ской.
Линейная дисперсия при установке в параллельных лучах примерно вдвое меньше, чем при установке на круге Роуланда при Р ~ 0. Изменение спектрального диапазона осуществляется изменением угла падения при одновременном повороте жестко связанных между собой решетки и кассеты.
Основное достоинство установки Водсворта — отсутствие астигматизма спектральных линий; кроме того, по сравнению с установкой нормального падения ее габаритные размеры почти вдвое меньше.
Установка вне круга Роуланда. Недостатки рассмотренных выше установок с решеткой на круге Роуланда связаны с необходимостью наряду с изменением углов а или р одновременно перемещать или входную щель или кассету.
Установка Сеи—Намиоки (рис. 95, з) свободна от указанных Недостатков. Условие (80) фокусировки спектра реализуется при
131
R — const и a + p — const, когда с изменением Я зиачеиие S остается постоянным. В рассматриваемой установке при а •}• р —
— 70° в процессе изменения угла а от 26 до 44° значение S изменяется всего лишь в пределах 0,1 %. Входная и выходная щели и фотопластинка при этом находятся вне круга Роуланда.
Схема Сеи—Намиоки используется также в монохроматорах. Переход от одной длины волны к другой осуществляется вращением решетки без перемещения остальных деталей установки.
Недостатком схемы является астигматизм, поэтому сферические ; решетки иногда заменяют тороидальными или голографическими.
Устранение астигматизма. Для устранения основного недостатка вогнутых дифракционных решеток используют следующие приемы
размещают эти решетки в параллельных пучках; в автоколлимационных устройствах и приборах с постоянным углом падения при средних значениях углов дифракции применяют : решетки с переменным шагом;
в монохроматорах с фиксированным положением щелей исполь- I зуют тороидальные и эллипсоидные решетки;
в приборах скользящего падения устанавливают дополнительное j тороидальное (иногда сферическое) зеркало
3. ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ПРИЗМЕННЫХ И ДИФРАКЦИОННЫХ ПРИБОРОВ
В настоящее время разработано и серийно выпускается большое количество приборов различного назначения, в которых в качестве диспергирующих элементов используются призма (призменные си*-';! стемы) и дифракционные решетки (плоская и вогнутая). На сегодняшний день призменные и дифракционные приборы наиболее широко используются для научных исследований и для решения задач J измерительной техники (главным образом для спектрального анализа).
Монохроматоры. Конструктивно монохроматор обычно выполняется в виде симметричных объективов, в фокусах которых находятся входная и выходная щели. В параллельном пучке между объективами помещается диспергирующая система. Изменение спектрального интервала излучения, выводимого на выходную щель,
обеспечивается изменением положения диспергирующего элемента.
—А------ В качестве диспергирующих элемен-
• тов призменных монохроматоров могут
f быть использованы как отдельные призмы
