заказать звонок +7 (916) 970-24-87

Основные характеристики спектрального прибора

Рабочая область спектра

Каждый спектральный прибор рассчитан на работу в определенном диапазоне спектра. Оптические детали самого прибора и системы освещения щели должны быть прозрачны во всей рабочей области спектра.
Иногда из-за ограниченной прозрачности или дисперсии материала не удается охватить всю нужную область спектра, тогда делают приборы со сменной оптикой.




Светосила прибора

Светосилой оптического прибора называют коэффициент, связывающий поступающую на выход прибора величину (освещенность или световой поток) с яркостью источника. В применении к спектральным приборам светосилу определяют как отношение освещенности или светового потока на выходе прибора к монохроматической яркости входного отверстия прибора.
Исследуемый спектр может быть линейчатым, то есть состоять их сравнительно узких спектральных линий, или сплошным, то есть занимать значительную часть спектра.

Для получения наибольшей освещенности при фотографировании спектральных линий следует выбирать короткофокусные приборы. С увеличением ширины входной щели освещенность, получаемая от узких спектральных линий, остается неизменной, но растет геометрическая ширина линий. В сплошном же спектре с увеличением ширины щели освещенность спектра линейно будет возрастать.


Инструментальная функция прибора

Спектральный прибор отображает строго монохроматическое излучение, освещающее входную щель, в виде некоторого распределения освещенности. Это распределение называют инструментальным контуром спектральной линии или аппаратной функцией. Её вид определяется совместным действием различных факторов. Их несколько: дифракция на действующем отверстии спектрографа (действующим отверстием D называется наименьшее из отверстий, которое ограничивает размеры сечения параллельного пучка монохроматических лучей, проходящих через оптическую систему спектрографа), различные аберрации и другие погрешности оптики прибора, ширина входной щели и разрешение фотоприемной части спектрографа.

Схема дифр спектрометра

 


Отдельные участки инструментального контура какой-либо линии, вносят свой вклад в формирование контуров других линий. В результате спектр на выходе прибора представляет собой свертку двух функций - истинного распределения энергии в источнике и аппаратной функции прибора.

В щелевых приборах наиболее важными являются два вида аппаратной функции - дифракционная и щелевая.



Разрешающая способность спектрографа. 

Разрешающая способность прибора характеризует возможность раздельной регистрации соседних спектральных интервалов.
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 находящиеся рядом спектральные линии.
Количественно разрешающая способность определяется соотношением:

 R=λ/δλ

 

где величина δλ называется пределом разрешения прибора и определяется шириной инструментального контура линии.



Распределение интенсивности в фок плоск


                                              

Распределение интенсивности света в фокальной плоскости прибора, возникающее в результате дифракции на действующем отверстии прямоугольной формы для бесконечно узкой щели спектрографа: а) одиночная монохроматическая спектральная линия; б) две близких монохроматических линии.

                                     

 


Снижения интенсивности на 20%, образующегося между линиями при наложении их контуров, достаточно для визуального наблюдения этих линий. Современная регистрирующая аппаратура и методики обеспечивают раздельное наблюдение и более близких спектральных линий со значительно меньшим провалом интенсивности между ними (5% и даже менее).
Разрешающая сила уменьшается с увеличением ширины входной спектральной щели. Величина входной спектральной щели, когда ее геометрическое изображение в фокальной плоскости прибора равно ширине центральной части главного дифракционного максимума в этой же плоскости, называется нормальной шириной спектральной щели.
Ширина изображения щели не может стать меньше дифракционного предела. Поэтому, стремясь получить линии как можно тоньше, бесполезно использовать входную щель меньше нормальной.
Ширина нормальной щели определяется соотношением

 

an=λ(f1/d)

 

При ширине щели, большей, чем нормальная, общая ширина линии определяется в основном шириной щели. При ширине щели меньше нормальной, основной вклад в ширину линии вносит дифракция. 
Разрешающая способность спектрального прибора зависит от действующего отверстия d и угловой дисперсии dβ/dλ

 

λ/Δλ=d(dβ/dλ)

 


Реальная разрешающая способность спектральных приборов несколько меньше. Одной из основных причин уменьшения разрешающей способности являются различные виды аберраций в оптической схеме. Иногда реальная разрешающая способность ограничена качеством изготовления оптических деталей или недостаточно точной установкой их в приборе.


Линейная дисперсия


Одной из самых важных характеристик спектрального прибора является линейная дисперсия, которая показывает, как быстро изменяется расстояние между спектральными линиями в фокальной плоскости в зависимости от длины волны .
Часто используют величину обратной линейной дисперсии, выражающую величину спектрального интервала, умещающегося на длине спектра, равной 1 мм. 

На рисунке показан один и тот же спектр, полученный на приборах с разной дисперсией.

спектр с разной обр дисперс