Принцип действия, конструкция и основные характеристики монохроматора

Для изучения спектрального состава света, излучаемого источником, иcпользуются различные спектральные приборы, основными частями которых являются так называемые монохроматоры. Из спектра сложного излучения они выделяют узкие спектральные участки, т.е. дают свет практически одной и той же длины волны (монохроматический свет).

Простейшая схема монохроматора показана на рис. 1. Свет от источника 1 падает на узкую щель 2, расположенную в фокальной плоскости линзы 3 объектива. Щель 2 образуется двумя ножами, которые перемещаются при помощи винта. Ширину щели устанавливают такой, чтобы два её соседних изображения для близких длин волн не накладывались друг на друга.

Проходя через линзу 3 , свет образует параллельный пучок, падающий на трехгранную призму 4. Вследствие дисперсии преломленные в призме параллельные световые пучки, соответствующие различным длинам волн, будут идти под различными углами друг к другу (на рис.1 показано только два пучка). Эти углы даже при значительной дисперсии не превышают нескольких градусов. Световые пучки, проходя через линзу 5, в фокальной плоскости которой стоит экран 6 , дают несколько изображений щели 2 для различных длин волн. В зависимости от источника излучения (воэбужденный газ или нагретое твердое тело) на экране образуется линейчатый либо сплошной спектр.

По способу регистрации спектров спектральные приборы разделяются на четыре группы:

1. Спектрографы. экран 6 покрывают эмульсией для получе­ния фотографии спектра,

2. Фотоэлектрические приборы. Спектр регистрируют с помощью фотоэлементов и фотоэлектронных умножителей, входящих в состав приборов.

3. Спектроскопы. Спектр визуально наблюдается через окуляр.

4. Монохроматоры. В фокальной плоскости окуляра 5 с помощью узкой щели выделяют исследуемый участок спектра. Перемещение спектра в поле зрения осуществляют поворотом призмы 4 вокруг оси, перпендикулярной плоскости рисунка. Поворачивая призму на определенный угол, можно рассмотреть весь спектр излучения.

В центре поля зрения окуляра находится указатель, с которым совмещают спектральные линии.

Основными характеристиками любого спектрального прибора, в том числе и монохроматора, является угловая дисперсия D_, линейная дисперсия D_l и разрешающая способность прибора R.

Угловой дисперсией называется отношение углового расстояния  между лучами, длины волн которых отличаются на , к самому интервалу .

(1)

Линейной дисперсией называется отношение расстояния между спектральными линиями l, длины волн которых отличаются на  , к интервалу .

(2)

где - фокусное расстояние окуляра.

Возможность раздельного наблюдения (разрешения) двух спектральных линий определяется не только интервалом длин волн между ними, но и шириной самих спектральных линий. Разрешающая способность спектрального прибора характеризует возможность прибора разделять две близко расположенные спектральные линии с длинами волн ₁ и ₂:

,

 - наименьший интервал длин волн, для которого две спектральные линии по критерию Рэлея могут наблюдаться раздельно,=₂-₁.

Чем больше разрешающая способность, тем более близкие длины волн можно разрешить с помощью спектрального прибора.