| 8406202 9216 1210 912 1ртки. В видимой области спектра для визуальных методов спектрального анализа широко используются простые спектроскопы и стилоскопы, в к-рых приёмником является глаз.
Диапазон длин волн, в к-ром работают спектрографы, простирается от коротковолновой границы оптич. диапазона и постепенно расширяется в ИК-область по мере достижения всё более высокой фоточувствительности слоев и развития методов тепловидения. Типы спектрографов отличаются большим разнообразием - от простейших приборов настольного типа для учебных целей и компактных ракетных и спутниковых бортовых приборов для исследования спектров Солнца, звёзд, планет, туманностей до крупных астроспектрографов, работающих в сочетании с телескопами, и лабораторных 10-метровых вакуумных установок с большими плоскими и вогнутыми дифракционными решётками для исследований тонкой структуры спектров атомов. Линейная дисперсия спектрографов (участок фокальной плоскости Длг, занимаемый интервалом длин волн [$\Delta$][$\lambda$]) может лежать в пределах от 102 до 105 мм/мкм, светосила по освещённости (отношение освещённости в изображении входной щели к яркости источника, освещающего входную щель) - от ~0,5 в светосильных спектрографах до 10-3 и менее в длиннофокусных приборах большой дисперсии.
Скоростные многоканальные С. п. для исследований спектров быстропротекающих процессов конструируются путём сочетания спектрографа со скоростной кинокамерой (киноспектрографы), введения в схему прибора многогранных вращающихся зеркал для развертки спектров перпендикулярно направлению дисперсии, применения многоканальной регистрации с многоэлементными приёмниками и т. п. В этой области ещё нет установившейся терминологии; такие С. п. наз. хроноспектрографами, спектрохроно-графами, спектровизорами, скоростными спектрометрами.
3. Одноканальяые С. п. с селективной модуляцией
В приборах групп 3 к 4 на. рис. 2 вместо пространственного разделения длин волн применяют селективную модуляцию (кодирование) [$\lambda$]; разделение [$\lambda$] в этих приборах переносится из оптич. части в электрическую.
Растровые спектрометры создаются по общей для одноканальных С. п. блок-схеме (рис. 4), но в сканирующем монохроматоре щели заменяются рострами спец. формы (напр., гиперболическими; рис. 8). При работе входного растра попеременно в проходящем и отражённом свете возникает амплитудная модуляция излучения той [$\lambda$] , для к-рой изображение входного растра совпадает с выходным растром. В излучении других [$\lambda$] в результате угловой дисперсии изображения смещаются и амплитуда модуляции уменьшает-
Рис. 7. Вакуумный 24-канальный квантометр (заводское название - фотоэлектрическая установка) ДФС-41 для экспрессного и маркировочного анализа чугунов, простых и среднелегированных сталей на легирующие элементы, металлоиды и вредные примосн, аналитические линии которых расположены в вакуумной УФ- области: 1 - вакуумный полихроматор с вогнутой дифракционной решёткой с фокусным расстоянием, равным 1 м, рабочий диапазон 0,175- 0,38 мкм; 2- генератор искры ИВС-1 для возбуждения эмиссионных линий атомов в пробе; 3 - электронно - регистрирующее устройство ЭРУ-1; 4 - блок цифрового отсчёта. Время анализа 10 элементов около 2 мин.
Рис. 8. Гиперболический растр Жерара.
Темные полосы - зеркальные и растр
попеременно работает то в проходящем,
то в отражённом свете.
ся. T. о., ширина АФ [$\delta$][$\lambda$] соответствует полупериоду растра. Растровые спектрометры дают по сравнению с щелевыми спектрометрами выигрыш в потоке (примерно в 100 раз при R = 30 000), однако их применение ограничено засветкой приемника потоком немодулированного излучения, а также сложностью изготовления растров и оптич. части системы.
Сисам - спектрометр интерференционный с селективной амплитудной модуляцией - строится на основе двухлучевого интерферометра, в к-ром концевые зеркала заменены синхронно поворачивающимися дифракционными решетками и введен модулятор по оптич. разности хода. В этом случае амплитудная модуляция накладывается только на интервал [$\delta$][$\lambda$]диф , соответствующий дифракционному пределу в окрестности [$\lambda$], к-рая удовлетворяет условию максимума дифракции для обеих решёток. Сисам всегда работает на дифракционном пределе: R = Rдиф = [$\lambda$] / [$\delta$][$\lambda$]диф , при этом за счёт увеличения входного отверстия поток в ~ 100 раз больше, чем в классич. приборах 1 группы, но оптико-механич. часть весьма сложна в изготовлении и настройке.
4. Многоканальные С. п. с селективной модуляцией
Для данной группы С. п. характерна одновременная селективная модуляция (кодирование) дискретного или непрерывного ряда длин волн, воспринимаемых одним фотоэлектрич. приемником, и последующее декодирование электрич. сигналов. Наибольшее распространение получили два типа приборов этой группы.
В адамар-спектрометрах осуществляется кодирование дискретного ряда [$\lambda$]; общая схема подобна приведенной на рис. 4, но сканирование здесь не применяется, щели в монохроматоре заменены на циклически сменяемые многощелевые растры спец. конструкции (маски-матрицы Адамара). Сигналы приемника декодируются спец. устройством, дающим на выходе дискретный спектр исследуемого излучения, состоящий из ~ 100 точек-отсчетов. Адамар-спектрометры дают выигрыш в потоке и быстродействии и эффективно применяются, напр., для экспресс анализа выхлопных газов двигателей по их ИК-спектрам.
В фурье-спектрометрах осуществляется непрерывное кодирование длин волн с помощью интерференционной модуляции, возникающей в двухлучевом интерферометре при изменении (сканировании) оптич. разности хода. Приёмник излучения на выходе интерферометра даёт во времени сигнал - интерферограмму, к-рая для получения искомого спектра подвергается фурье-преобразованию на ЭВМ. Фурье-спектрометры наиболее эффективны для исследований протяжённых спектров слабых излучений в ИК-области, а также для решения задач сверхвысокого разрешения. Конструкции и характеристики приборов этого типа очень разнообразны: от больших уникальных лабораторных установок с оптич. разностью хода 2 м (R = 10-6) до компактных ракетных и спутниковых спектрометров, предназначенных для метеороло-гич. и геофизич. исследований, изучения спектров планет и т. д. Для фурье-спект-рометров соотношение (1) имеет вид:
R3/2 M корень [$\Delta$]f = K([$\lambda$]).
Отметим ещё раз принципиальное различие рассмотренных групп приборов: в одноканальных приборах 1 и 3 групп время эксперимента затрачивается на накопление информации о новых участках спектра; в приборах 2 группы - на
Рис. 9. ИК-спектры поглощения паров воды на участке 200- 250 ел , полученные с помощью фурье-спектрометра при различных оптических разностях хода [$\Delta$] в интерферометре. Чем больше [$\Delta$] ([$\tau$]. е. чем больше затрачено времени на сканирование по [$\Delta$]), тем больше деталей можно выявить в исследуемом участке спектра. При [$\Delta$] = =4 см спектральное разрешение [$\delta$][$\lambda$]=2/[$\Delta$]= =0,5 см-1.
накопление отношения сигнала к шуму, а в приборах 4 группы - на накопление структурных деталей в данном спектральном диапазоне (рис. 9).
Лит.: Пейсахсон И. В., Оптика спектральных приборов, Л., 1970; T а р ас о в К. И., Спектральные приборы, Л., 1968; ЗайдельА. H., Островская Г. В., Островский Ю. И., Техника и практика спектроскопии, M., 1972; Оптико-механические приборы, M., 1965; Якушенков Ю. Г., Основы теории и расчета оптико-электронных приборов, M., 1971; M е р ц Л., Интегральные преобразования в оптике, пер. с англ., M., 1969; Инфракрасная спектроскопия высокого разрешения. Сб., M., 1972; Кардона M., Модуляционная спектроскопия, пер. с англ., M., 1972.
В. А. Никитин.
СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИЗМЫ, дисперсионные призмы, один из классов призм оптических; служат для пространственного разделения (разложения в спектр) излучений оптич. диапазона, различающихся длинами волн. Принцип действия С. п., основанный на явлении дисперсии света, и материалы для С. п. описаны в ст. Дисперсионные призмы. Наиболее употребительны следующие С. п. (рис.):
Спектральные призмы: / - простая трёхгранная призма с преломляющим углом [$\alpha$] = 60°; 2 - призма Корню; преломляющие углы [$\alpha$] обеих прямоугольных призм, из к-рых она состоит, равны 30°; 3- призма Аббе, включающая две прямоугольные призмы с преломляющими углами a1 = 30° приклеенные к граням равнобедренной (a2 - 45° ) прямоугольной о ражателъной призмы', показатели преломления всех трёх призм одинаковы (ш = п2). Если луч света падает на приму Аббе так, что в отражательную призму он входит под углом, близким к нормали, его отклонение от первоначального направления при выходе из последней призмы составляет ок. 90°; 4 - призма Розерфорда. Центральная призма с преломляющим углом a2 = 100° изготовляется из стекла (флинт) с большим показателем преломления n2, две боковые призмы - из стекла (крон) с малым щ; a1 = 21°; 5 - трёхкомпонентная призма Амичи. Боковые призмы изготовляются из крона, средняя - из флинта (n2>n1); a1 |
