Основные характеристики спектральных приборов

Основными характеристиками спектральных приборов являются:

1. Линейная дисперсия, определяемая величиной , т. е. числом миллиметров, приходящихся на 1 нм интервала спектра. На практике обычно используют обратную величину , называемую обратной линейной дисперсией, которая определяет величину интервала длин волн, измеряемого в нанометрах, приходящегося на 1 мм длины спектра. По линейной дисперсии различают спектральные приборы малой, средней, большой и высокой дисперсии. Призменные приборы обычно обладают малой и средней дисперсией (10÷1 нм/мм). Некоторые призменные приборы и приборы с дифракционными решетками обладают большой линейной дисперсией (1÷0,1 нм/мм). Интерференционные приборы обладают очень большой линейной дисперсией (0,01÷0,001 нм/мм).

2. Разрешающая способность (теоретическая и практическая). Теоретическая разрешающая способность определяется дифракцией в действующем отверстии спектрального прибора и выражается отношением

,

где — разность длин волн двух очень близких спектральных линий, еще различаемых раздельно при бесконечно тонкой входной щели прибора. Практическая разрешающая способность определяется шириной входной щели, разрешающей способностью приемника излучения (глаза, фотографической пластинки), шириной выходной щели прибора и аберрациями фокусирующей и диспергирующей систем. Если d — наименьшее расстояние, различаемое раздельно приемником с учетом аберраций (или ширина выходной щели), то

.

Тогда практическая разрешающая способность определяется отношением

,

т. е. связана с линейной дисперсией прибора.

Разрешающие способности приборов с различными диспергирующими системами существенно различаются. В частности, призменные спектральные приборы с малой и средней дисперсией обладают сравнительно малой разрешающей способностью. Она определяется величиной 10³¸10⁵. Приборы с дифракционными решетками могут иметь разрешающую способность 10⁵¸5·10⁵. Интерференционные приборы обладают очень высокой разрешающей способностью, доходящей до нескольких миллионов.

3. Светосила характеризует освещенность в спектре, даваемую прибором, или лучистый поток, проходящий через выходную щель прибора. Пусть — яркость входной щели прибора. Под этой величиной будем понимать интегральную яркость для всей спектральной линии или, если рассматривается непрерывный спектр, среднюю величину функции распределения яркости по длинам волн для данного участка спектра. Очевидно, что как интегральная яркость для спектральной линии, так и функция распределения яркости для непрерывного спектра, определяются источником излучения, освещающим входную щель прибора. Обозначим: S — площадь входной щели прибора; — телесный угол, под которым видно из центра входной щели действующее отверстие прибора; — прозрачность оптики прибора. Тогда полный лучистый поток , проходящий через прибор и достигающий спектра, будет:

для спектральной линии

,

для участка непрерывного спектра

.

Тут определяется геометрическим изображением входной щели прибора. Если этот лучистый поток полностью проходит через выходную щель прибора и попадает на приемник (например, фотоэлемент), то светосила прибора по лучистому потоку определяется следующим выражением:

или

.

Спектрограф ИСП-22

· рабочий диапазон спектра 2000 — 6000 А (200 — 600 нм);

· длина спектра для рабочего диапазона 220 мм;

· зеркальный объектив коллиматора — сферически вогнутое зеркало с наружным отражающим слоем (алюминий);

· диспергирующая призма — кварцевая, типа Корню;

Оптическая схема прибора показана на рисунке 3.5.

Рис. 3.5. Оптическая схема спектрографа ИСП-22: 1 — источник света; 2, 3, 4 — трехлинзовая система конденсоров; 5 — щель; 6 — диафрагма для ослабления влияния рассеянного света; 7 — зеркальный объектив коллиматора; 8 — диспер-гирующая призма; 9, 10 — линзы объектива камеры; 11 — плоскость спектра, совпадающая в спектрографе с плоскостью эмульсии фотопластинки; 12 — ступен-чатый ослабитель, который устанавливается перед щелью в случае необходимости

Обратная линейная дисперсия спектрографа определяется по таблице 1. График хода обратной линейной дисперсии от длины волны показан на рисунке 3.6.