Принцип роботи монохроматора: його оптична схема, робота та призначення окремих вузлів

Основою кожного спектрального приладу є монохроматор, принципова схема якого наведена на рис. 4.3.

Освітлювач 1 (лампа Л, конденсор К) створює рівномірну освітленість у площині щілини Щ₁ яка є вторинним джерелом світла з однаковою на всій площі яскравістю.

Передній коліматор 2 необхідний для створення паралельного пучка променів. Щілина Щ₁ знаходиться у фокусі об'єктиву О₁ коліматора і тому проектується на диспергуючий пристрій 3 паралельним пучком. Внаслідок цього монохроматичні промені однакових кольорів, що виходять з диспергуючого пристрою, є також паралельними (на рисунку наведені крайні промені: К₁êêК₂ и Ф₁êêФ₂).

Рис.4.3. Принципова схема монохроматора

Переміщаючи щілину Щ₂ уздовж спектру, по черзі виділяють інтервали Dl за всією його довжиною. У багатьох схемах приладів передбачено не переміщення щілини, а поворот диспергуючого пристрою відносно нерухомої осі. З рисунка видно, що кожна точка щілини Щ₁ створює в спектрі монохроматичні точки (F_к і F_ф). Отже, уся щілина зображається монохроматичними смужками. Це зрозуміло, якщо лампа Л випускає монохроматичне світло. В цьому випадку на об'єктив О₂ прямує не віяло променів, а монохроматичний паралельний пучок. Об'єктив О₂ зображує щілину у вигляді монохроматичної смужки, розміри якої визначаються його фокусною відстанню та шириною щілини. Смужка (спектральна лінія) – зображення вхідної щілини коліматора, що утворюється об'єктивом вихідного коліматора. Складне світло створює безліч спектральних ліній, які взаємно перекриваються при суцільному спектрі. Перекривання тим більше, чим ширше щілина. Тому монохроматичність випромінювання, що пропускається вихідною щілиною, зменшується з розширенням вхідній. Міра монохроматичності пучка, що пропускається щілиною Щ₂, називається чистотою спектру.

Монохроматор, схема якого наведена на рис. 4.3, називається простим (однократним). Недолік приладу, що працює за цією схемою, полягає в тому, що на його вихідну щілину, окрім корисного, падає ще і паразитне випромінювання, що відбивається від внутрішніх стінок приладу та його деталей. Це знижує чистоту спектру і, отже, точність спектральних визначень.

Для зменшення інтенсивності паразитного світла усередині приладів встановлюють перегородки, чорнять внутрішні поверхні стінок і оправи лінз. Проте найбільш надійний спосіб підвищення точності вимірів полягає в застосуванні подвійних монохроматоров. Це прилади, що складаються з двох простих монохроматоров, причому вихідна щілина першого служить вхідною щілиною другого. Нерозкладений внаслідок светорассеяния світло, що виходить з щілини першого монохроматора, розкладається в іншому. В результаті цього спектр, що дається подвійним приладом, виходить чистим.

Освітлювальний пристрій(рис. 4.4). Джерело світла у монохроматорі повинно бути з рівною яскравістю за всією площею. У протилежному випадку при обробці результатів вимірювання довелося б вносити поправки на нерівномірність яскравості. Щілиною Щ₁, перед якою встановлюється джерело, є апертурна діафрагма. Вона обмежує кут розкриття пучків, що посилають точками тіла напруження (рис. 4.4, а). Тому точка А зображається усім об'єктивом, а точка В – тільки його частиною. У зображенні вона виходить менш яскравою, ніж точка А; віньєтуючою дії щілини. На рівномірність освітленості впливає структура поверхні джерела. Конденсор К проектує тіло напруження на об'єктив (рис. 4.4, б). Лінзи конденсора створюють широкий пучок, що заповнює щілину, і усі її точки освітлюються однаково.

Рис. 4.4. Схема дії конденсорної освітлювальної системи

Коліматори.Принцип роботи обох коліматорів однаковий. Однак вони виконують протилежні функції: передній дає можливість отримувати паралельний пучок, а задній збирає його в точку. Міра паралельності променів, з якою пов'язана чистота спектру, залежить не лише від ширини щілини, але і від якості виправлення обꞌєктива на аберації. У деяких монохроматорах використовується принцип автоколімації. Він полягає: пучок світла, що пройшов через об'єктив коліматора, після розкладання в призмі або решітці відбивається плоским дзеркалом і фокусується тим же об'єктивом.

Щілинами коліматорів (ножами) є пари пластинок. Ножі можуть зрушуватися та розсуватися за допомогою гвинтового механізму. Краї ножів виготовляють або зігнутими, або прямими. У першому випадку виходить зігнутою та щілина. Такі щілини служать для компенсації викривлення спектральних ліній при розкладанні, особливо призмою.