Спектрографическая картина детского крика схема

Для оценки возможностей прибора давать раздельно разрешать спектральные линии близких длин волн применяется характеристика, называемая разрешающей способностью или разрешающей силой. Количественно она определяется соотношением:.

Без поверхности P гомоцентрический пучок сходился бы в точке O. В результате преломления пучок искажается.

Её вид определяется совместным действием различных факторов. К их числу относятся дифракция на действующем отверстии спектрографа действующим отверстием d называется наименьшее из отверстий объектива коллиматора, призмы или камерного объектива , которое ограничивает размеры сечения параллельного пучка монохроматических лучей, проходящих через оптическую систему спектрографа рис. Если какой-либо из этих факторов является преобладающим, форма инструментального контура линии в основном определяется его действием.

Обычно это делается для средней части исследуемого спектра. Непараллельность пучков, падающих на призму, возникает вследствие неточной установки щели в фокусе коллиматорного объектива. При наличии в нем хроматической аберрации точная установка невозможна, так как фокусное расстояние такого объектива зависит от длины волны.

Способ освещения щели спектрографа в значительной степени определяется целями и особенностями выполняемой работы. Для количественного спектрального анализа требуется равномерное освещение щели. Если проводится изучение пространственной структуры источника света, щель нужно осветить таким образом, чтобы распределение освещенности по ее высоте совпадало с распределением яркости в источнике света. Интенсивности спектральных линий могут быть измерены правильно лишь в том случае, если имеет место пропорциональность между освещенностями в сопряженных точках щели и ее изображения на фотопластинке.

Если источник имеет небольшие размеры и расположен далеко от щели, коллиматор не заполняется светом. Для его заполнения пользуются конденсорной линзой. Она устанавливается на оси прибора так, чтобы источник был сфокусирован на щель. При этом на щели получается распределение освещенности, соответствующее распределению яркости в источнике. Условие заполнения объектива коллиматора светом выполняется для точки источника, расположенной на оптической оси.

Линейная дисперсия связана с угловой соотношением:. Спектральный прибор отображает строго монохроматическое излучение, освещающее входную щель, в виде некоторого распределения освещенности. Это распределение называют инструментальным контуром спектральной линии или аппаратной функцией.

Освещенности в спектральной линии и на щели оказываются пропорциональными. Фокусировка источника света на щель спектрографа а и устранение виньетирования с помощью линзы, расположенной перед щелью б: В работе используется разборный призменный спектрограф, состоящий из трех частей: Откройте крышку призменной части прибора и посмотрите на призму. Призма склеена из трех призм.

Принципиальная схема призменного спектрографа представлена на рис. Спектрограф имеет три основные части: Показатель преломления материала призмы не одинаков для различных длин волн: Поэтому неоднородный по спектральному составу параллельный пучок лучей, формируемый коллиматором и падающий на призму, разбивается в ней на монохроматические пучки, идущие по разным направлениям.

Кривизна возрастает к фиолетовому концу спектра. В большинстве случаев на практике используют центральную часть щели, для чего устанавливают перед щелью диафрагму диафрагму Гартмана. К камерному объективу также предъявляются высокие требования. Он должен давать резкое и достаточно плоское изображение спектра.

Таким образом, для получения наилучшего изображения должны выполняться следующие условия: Вследствие зависимости показателя преломления от длины волны призма может быть установлена на минимум отклонения только для узкого интервала волн.

В частности, при прохождении пучка параллельно основанию призмы произведение угловых увеличений граней равно единице и астигматизм отсутствует. Явление астигматизма не наблюдается, если все лучи пучка падают на преломляющую поверхность под одним и тем же углом, то есть если пучок является параллельным. Именно по этой причине во всех призменных спектральных приборах используют коллиматорные объективы, исправленные на сферическую и хроматическую аберрации.

Отдельные участки инструментального контура какой-либо линии вносят свой вклад в формирование контуров других линий. Таким образом, в образовании каждого элемента реального контура линии в спектре принимают в большей или меньшей степени участие все монохроматические составляющие исходного излучения. В результате спектр на выходе прибора представляет собой свертку двух функций - истинного распределения энергии в источнике и аппаратной функции прибора.

В своей совокупности последние и образуют спектр исследуемого источника света. Зависимость угла отклонения j призмой монохроматического луча от угла падения i 1 рис.

В результате угловые размеры гомоцентрического пучка меняются. В случае, изображенном на рис. Это расстояние называют астигматической разностью. Эффект, наблюдаемый при прохождении пучка света через обе грани призмы, зависит от соотношения угловых увеличений на этих гранях.

В этом случае все лучи, выходящие из одной точки источника и проходящие через одну точку щели, попадают в оптическую систему спектрографа и образуют сопряженную точку в изображении спектральной линии, если нет потерь на других диафрагмах прибора.

В частности, равномерной освещенности щели должно отвечать равномерное распределение освещенности по высоте спектральной линии. Щель спектрографа освещают источником света, расположенным на некотором расстоянии от нее. Можно также пользоваться вспомогательной оптической системой, состоящей из одной или нескольких линз, называемой конденсорной системой.

Рассмотрим теперь дифракцию на входной щели прибора При когерентном освещении щели в результате углового перераспределения потока в пучке внутри прибора наблюдается диффракционная картина, подобная изображенной пунктиром на рис. Ее легко увидеть, если при освещении входной щели от удаленного на 50 - см источника света небольших размеров посмотреть со стороны камеры внутрь прибора на его объектив.

Граничной между этими двумя случаями является нормальная ширина щели s н. Найдем такую величину входной щели, когда ее геометрическое изображение в фокальной плоскости прибора как раз равно ширине центральной части главного дифракционного максимума в этой же плоскости. Для этого приравняем линейное расстояние от центра дифракционной картины до ее первого нуля рис. Ширина изображения щели не может стать меньше дифракционного предела. Поэтому, стремясь получить линии как можно тоньше, бесполезно использовать входную щель меньше нормальной.

Для наклонных лучей преломляющий угол призмы оказывается больше, и они преломляются сильнее. Вследствие этого спектральные линии оказываются искривленными, с выпуклостью, обращенной в сторону длинных волн.

Для двух точек источника, например точки А на рис. Вследствие этого конец спектральной линии, для которого точка К на щели и точка А в источнике являются сопряженными, освещен слабее центральных участков линии. Этот эффект виньетирование устраняется с помощью вспомогательной линзы 5, которая устанавливается непосредственно перед щелью и создает изображение конденсорной линзы 2 на объективе коллиматора 4 рис.

Распределение интенсивности света в фокальной плоскости прибора, возникающее в результате дифракции на действующем отверстии прямоугольной формы для бесконечно узкой щели спектрографа: Разрешающая сила уменьшается с увеличением ширины входной щели s 1.

Может оказаться, что спектральный прибор не в состоянии передать два близких по длинам волн излучения в виде раздельно наблюдаемых спектральных линий. Инструментальные контуры таких линий будут перекрываться. В этом случае говорят, что прибор не разрешает две близкие спектральные линии.

При постоянном угле падения угол отклонения немонохроматического луча зависит от длины волны: Зависимость n l на ограниченном участке спектра можно вычислить по приближенной формуле Гартмана:. Оптическая схема призменного спектрографа: Вблизи коротковолновой границы рабочего диапазона спектрографа дисперсия наибольшая. Однако, интенсивность спектральных линий здесь уменьшается до нуля вследствие сильного поглощения излучения веществом призмы. С увеличением длины волны дисперсия в видимой области спектра уменьшается.

В результате дифракции монохроматического параллельного пучка на действующем отверстии прямоугольной формы на призме спектральная линия имеет форму, показанную на рис. Предел разрешения d l можно вычислить, пользуясь критерием Релея, согласно которому две спектральные линии равной интенсивности считаются разрешенными, когда главный дифракционный максимум интенсивности одной линии совпадает с первым минимумом другой рис.

Ширины измеряются на половине высоты линии. В призме могут быть выделены два сечения: В меридиональном сечении призма разлагает свет в спектр и одновременно вносит в пучок угловое меридиональное увеличение. В плоскости сагиттального сечения лучи падают по нормали, поэтому угловое увеличение отсутствует. Рассмотрим прохождение пучка через одну поверхность призмы рис. Будем считать пучок гомоцентрическим. Это соответствует реальному случаю падения на призму слегка сходящегося пучка.

В этом случае центральная часть главного максимума размещается в действующем отверстии. Оптическая схема призменного спектрографа. Показаны две дифракционные картины, возникающие в приборе:. Изменение проходящего в прибор светового потока с изменением ширины щели показано на рис. Спектральная линия при этом имеет вид прямоугольника, ширина которого растет пропорционально ширине входной щели см.

Вследствие того, что R теор пропорциональна d , её максимальное значение достигается при заполнении действующего отверстия прибора светом. В случае симметричного хода лучей через призму, используя 1 и 5 , для величины R теор можно получить формулу. Обычно реальное значение разрешающей способности R пр меньше R теор.

Поэтому коллиматорные объективы обычно исправляют на хроматическую аберрацию. Для этого их склеивают из линз различных сортов стекла или используют в качестве коллиматорного объектива вогнутое зеркало, так как оно не обладает хроматической аберрацией. Щель имеет конечную высоту, и лучи света, идущие от ее различных участков, проходят сквозь призму под различными углами.

Камерный объектив 4 собирает эти пучки в своей фокальной плоскости, создавая на фотопластинке 5 последовательность монохроматических изображений щели - спектральные линии.

Средняя часть сделана из стекла ТФ тяжелый флинт. Однако для того, чтобы пучок света прошел среднюю часть призмы в условиях наименьшего отклонения то есть параллельно ее основанию , на обе грани призмы необходимо было наклеить дополнительные призмочки с преломляющими углами с другой стороны.