ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Плоские отражательные решетки из "Оптика спектральных приборов" Плоские отражательные решетки. Плоская дифракционная решетка обладает значительно большей угловой дисперсией, чем призма. Это дает возможность повысить разрешающую способность монохроматоров, а при заданном пределе разрешения увеличить их светосилу. В монохроматоре с решеткой, как правило, сканирование спектра осуществляется вращением ее вокруг оси С, параллельной ее штрихам и проходящей через ее середину (рис. 52, а). При этом падающие и дифрагированные пучки образуют между собой постоянный угол 0 = ф — ф . [c.139] В формуле (IV.20) р есть угол между нормалью к ре шетке и биссектрисой угла 0 (на рис. 52, а р О и 0). Эта формула выражает зависимость углов поворота решетки от длины волны X излучения, выходящего из монохроматора. [c.140] Соотношения (IV.22) или (IV.23) определяют область эффективного использования решетки при данных к, N, у м 6. Очевидно, чем выше порядок спектра к, тем в меньшем диапазоне углов падения и дифракции применение данной решетки оказывается эффективным. [c.141] Финкельштейн [26] предложил схему, состоящую из решетки и плоского зеркала, в которой решетка благодаря изменению угла 6 находится в блеске для любой длины волны (рис. 52, б). Постоянное направление дифрагированного пучка обеспечивается поворотом решетки и зеркала вокруг осей и Сз на одинаковые углы и перемещением зеркала вдоль отраженного от него пучка. Если два пучка — падающий на решетку и отраженный от зеркала — параллельны друг другу и расстояние между их осями равно d, то зеркало должно вращаться так, что os г)з = кШ 2 sin 7, перемещаясь при этом на расстояние х = —d tg 2г(5. Существуют и другие, порой конструктивно весьма сложные, схемы, в которых обеспечивается условие максимума коэффициента отражения эшелетта в широкой спектральной области. Во всех этих схемах с возрастанием углов падения уменьшается ширина сечения диспергируемого пучка лучей, и выигрыш в потоке через выходную щель по сравнению с обычной установкой решетки тех же размеров получается в интервале длин волн не более половины октавы [26]. [c.141] Применение решеток с большими углами блеска (эшелле) целесообразно тогда, когда основным требованием является получение максимальной разрешающей способности при данных размерах решетки. Используя эшелле, следует учитывать быстрое изменение кривизны спектральных линий при больших углах ф, что затрудняет применение высоких щелей. Решетки-эшелле должны работать в условиях, близких к автоколлимации, когда углы ф и ф мало отличаются от у (п. 8). Поэтому их выгоднее использовать в высоких порядках спектра при меньших N. [c.142] Наоборот, решетки-эшелетты с малыми углами блеска (до 20—30°) в светосильных приборах лучше использовать в низких порядках при больших N. Поэтому в монохроматорах, предназначенных для широкой области длин волн, целесообразнее применять несколько сменных эшелеттов в 1—2 порядках, чем один эшелетт в высоких порядках. [c.142] При работе с решетками следует устранять наложение дифракционных спектров разных порядков. Для этого, как и в спектрографе, могут быть использованы светофильтры. Но в отличие от спектрографа, где одновременно регистрируется более или менее широкая область спектра, через монохроматор излучение разных длин волн проходит поочередно, и соответствующие фильтры могут включаться по мере необходимости. Чем более высокие порядки спектра используются, тем больше нужно сменных фильтров и тем труднее осуществить выделение рабочей области длин волн. [c.142] Пример 18. Пусть решетка-эшелетт используется в 1-м порядке и имеет максимум коэффициента отражения для Я = о = 0,9 мкм. Тогда в соответствии с (IV.22) область ее эффективности — от 0,6 до 1,8 мкм. Очевидно, для устранения спектров 2-го и более высоких порядков нужны два фильтра со сменой их при Я = 1 мкм один из них должен полностью поглощать излучение Я 0,5 мкм при высоком пропускании в рабочей области 0,6 мкм Я 1 мкм, другой при работе в области 1—1,8 мкм не должен пропускать излучение Я 0,9 мкм. [c.142] Если же решетка используется во 2-м порядке и Яз д = 0,9 мкм, то в этом порядке она эффективна от 0,72 до 1,2 мкм. Теперь необходимо устранить как коротковолновое излучение, попадающее в спектры 3-го и более высоких порядков, так и длинноволновое, попадающее в спектр 1-го порядка. Для этого нужны две комбинации фильтров примерно с такими характеристиками 1) пропускание в области 0,72—0,9 мкм поглощение излучения Я 0,6 мкм и в области 1,44— 1,8 мкм 2) пропускание в области 0,9—1,2 мкм поглощение для Я 0,8 мкм и в области 1,8—2,4 мкм. [c.142] Таким образом, при работе во 2-м порядке приходится применять более сложную комбинацию фильтров, несмотря на то, что рабочая область спектра з же, чем Б 1-м порядке. [c.142] Разность налагающихся длин волн в соседних порядках дифракционного спектра уменьшается с увеличением порядка к в инфракрасной области дисперсия dnidi многих материалов с уменьшением длины волны также уменьшается. В этих случаях как при работе только в первом порядке, так и при использовании нескольких порядков спектра (например, в монохроматорах с эшелле) достаточно разделить излучение длин волн налагающихся порядков вблизи коротковолновой границы рабочей области. [c.143] При работе в 1-м порядке достаточно, чтобы призменный монохроматор не пропускал излучения с длиной волны, вдвое меньшей, чем регистрируемая. [c.143] Пример 19. Решетка-эшелле с углом блеска у = 56°, N = 100 мм используется в автоколлимационной установке в области 2000—6000 см (5—1,67 мкм). Выберем материал и преломляющий угол призмы автоколлимационного предварительного монохроматора, если его объектив имеет f = 0,5 м, а максимальная ширина входной щели основного монохроматора b = 0,2 мм. [c.143] Отсюда, учитывая, что для LiF при Х= 1,67 мкм п в 1,39, а dnIdX (= 90 см получим dQldn= 0,55. Из формулы (II.8) найдем, что такое значение oQ/дп имеет призма в минимуме отклонения с углом А i 30°. Такую же дисперсию даст и автоколлимационная полупризма с углом Ai pi 15°, которую и следует применить для предварительной монохроматизации. [c.143] Дифракционные приборы с предварительной монохроматизацией более громоздки и из-за применения дополнительных оптических деталей (призма, объективы) обладают, как правило, меньшим пропусканием, чем приборы с фильтровым разделением порядков. Юстировка и градуировка их сложна. Применение предварительного монохроматора оправдано в уникальных приборах высокого разрешения с использованием решеток-эшелле в высоких порядках спектра, а также в тех случаях, когда необходима высокая точность спектрофотометрических измерений. Приборы с фильтрами просты в устройстве и обращении и, по мере совершенствования технологии производства абсорбционных и интерференционных фильтров, находят все более широкое распространение. [c.144] Вернуться к основной статье