Политех в Сети

Сайт для Учебы

5.5. Спектроскоп с призмой

Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 

Спектральные приборы служат для разложения по частотам (или по длинам волн) электромагнитного излучения оптического диапазона и исследования этого разложения.

Любой классический спектральный прибор (рис. 1) имеет входной коллиматор 1, диспергирующий элемент 2 и выходной коллиматор (камеру) 3.

Рис. 1

Узкая входная щель S, освещаемая исследуемым излучением, устанавливается в фокусе объектива O1, который образует параллельный пучок спектрально неразложенного излучения и направляет его на диспергируюший элемент D. Последний преобразует этот пучок в систему параллельных монохроматических пучков, выходящих из элемента под разными углами j, зависящими от длины волны излучения l. Камерный объектив O2 создает на экране E, расположенном в его фокальной плоскости, совокупность монохроматических изображений входной щели S. Эти изображения называют спектральными линиями и их совокупность составляет спектр исследуемого излучения.

Спектральные приборы различаются по способу регистрации спектра (Визуальные, фотографические, фотоэлектрические), по способу спектрального разложения излучения (Призменные, дифракционные, интерференционные), по области спектра, в которой они применяются (Инфракрасной, видимой, ультрафиолетовой), по назначению. От перечисленных признаков зависит конструкция и оптическая схема прибора, но название его обычно определяется первым признаком.

Приборы для визуального наблюдения спектров называются Спектроскопами, когда дополнительно устанавливается окуляр, образующий с объективом O2 зрительную трубу. Она используется в видимой области (380 ¸ 760) нм в соответствии с чувствительностью глаза.

Приборы с фотографической регистрацией спектров - спектрографы - применяются в видимой и ультрафиолетовой областях в соответствии с чувствительностью фотоматериалов.

Приборы с фотоэлектрическими и тепловыми приемниками излучения, называемые Спектрометрами или Спектрофотометрами, позволяют регистрировать излучение от ультрафиолетовой до далекой инфракрасной области.

Ход лучей в призме.

Мы будем изучать спектроскоп с призмой в качестве диспергирующего элемента. Рассмотрим сначала ход лучей в треугольной призме (рис. 2).

  

Рис. 2            Рис. 3

Угол q между преломляющими гранями призмы называется Преломляющим углом, линия пересечения преломляющих граней - Преломляющим Ребром, а плоскость, перпендикулярная к преломляющему ребру, — Главным Сечением Призмы. Если падающий луч лежит в плоскости главного сечения, то вышедший из призмы луч также лежит в этом сечении. Угол j между направлениями падающего и вышедшего лучей называется Углом Отклонения.

Найдем условие, при котором угол j минимален. Из рис. 2 видно, что

(1)

, (2)

Где j1, R1, j2, R2 - углы падения и преломления на соответствующих гранях призмы.

По закону преломления:

и ,

Где N — показатель преломления вещества призмы. Показатель преломления cреды, окружающей призму, считаем равным единице. Из законов преломления найдем углы j1 и j2 и подставим их в (2), тогда

. (3)

Возьмем производную по R1 и приравняем ее нулю

Отсюда следует, что r1 = q/2 или с учетом (1)

. (4)

Следовательно, угол отклонения j минимален (такой угол называется углом Наименьшего отклонения) при симметричном относительно преломляющих граней ходе лучей в призме. Если призма равнобедренная, то луч в призме параллелен грани, лежащей против преломляющего угла (рис. 3).

Подставив (4) в (3), найдем угол наименьшего отклонения

. (5)

Так как показатель преломления материала призмы зависит от длины волны l, то и угол наименьшего отклонения j будет различным для излучений разных длин волн. Поэтому призму можно применять в качестве диспергирующего элемента в спектральных приборах.

Соотношение (5) можно использовать для определения показателя преломления призмы. Действительно из (5) следует, что

. (6)

Измерив углы q и jmin, можно по формуле (6) рассчитать величину N для различных длин волн и построить дисперсионную кривую N(l).