Таблица 3.2

Аберрации спектрографа с плоским полем и корректирующей линзой

N	y	z	λ1		λср.		λ2
			δy,	δz,	δy,	δz,	δy,	δz,
	7	0	0,004		0,007		–0,001
2800	5	0	0,002		0,005		–0,001
	–5	0	–0,003		–0,004		0,001
	–7	0	–0,004		–0,006		0,001
	0	4	–0,014	0,273	–0,018	–0,004	–0,024	–0,172
	0	2	–0,004	0,136	–0,004	–0,002	–0,006	–0,086
	7	0	–0,005		0,004		–0,005
2000	5	0	–0,004		0,002		–0,004
	–5	0	0,004		–0,001		0,004
	–7	0	0,005		–0,002		0,005
	0	7	–0,007	0,465	–0,014	–0,009	–0,023	–0,313
	0	5	–0,004	0,332	–0,007	–0,006	–0,012	–0,223

Рис. 3.16 Аппаратные функции спектрографа с плоским полем и корректирующей линзой

Монохроматорами с простым вращением называют схемы монохроматоров с неподвижными щелями и сканированием спектра вращением решетки вокруг оси, проходящей через ее вершину. При их расчете соответствующим выбором параметров схемы и параметров записи минимизируется дефокусировка, возникающая при вращении решетки, астигматизм и меридиональная кома. Условия получения минимальной расфокусировки при постоянном

178

вращении решетки в диапазоне λ1–λ2 записываются следующим образом:

	∂I1		∂I1		∂I1		λ
		= 0,		= 0,		= 0,	I1 = ∫2 F12dλ,	(3.42)
			∂d′
	∂d				∂H1		λ
							1

где d – расстояние от центра входной щели до вершины решетки; d′

– расстояние от вершины решетки до центра выходной щели.

Для минимизации астигматизма в рабочем диапазоне необходимо выполнение условия:

λ2

∂∫F22dλ

	λ1	= 0,	(3.43)
	∂H2

С увеличением относительного отверстия возрастает влияние коэффициентов разложения, которые не были минимизированы. Наиболее значительной из некомпенсированных аберраций является сагиттальная кома.

Предположим, что при записи решетки между заготовкой 1 и точечными источниками расположены цилиндрические объективы 2, 3, изменяющие сходимости лучей в одной плоскости (рис. 3.17).

Рис. 3.17. Схема получения светосильной голограммной дифракционной решетки

179

Тогда получаем следующие параметры: i1 , i2 , d1 , d2 , d1 , d2 .

При заданной частоте штрихов независимыми являются только пять параметров. Следовательно, становится возможной коррекция еще четырех коэффициентов характеристической функции в дополнение к минимизации дефокусировки. Учитывая, что хорошая коррекция аберраций ВГДР с плоским полем возможна в сравнительно узком спектральном диапазоне, имеет смысл минимизировать только коэффициент F1, характеризующий фокусировку в меридиональной плоскости, а остальные корригируемые аберрации исправлять для средней длины волны спектрального диапазона, что гарантирует их малые величины по всему диапазону.

В качестве начальных данных для расчета светосильной ВГДР выбраны частота штрихов в вершине решетки N, радиус кривизны дифракционной решетки r, расстояние от входной щели до вершины решетки d, угол падения ϕ и рабочий спектральный диапазон, ограниченный λ1 и λ2 . Коэффициент Н1 и расстояние от вершины решетки до плоскости регистрации d0′ получим из условий (3.41).

Значения коэффициентов Н3 , Н5 найдем из условий равенства нулю в центре спектрального диапазона меридиональной комы и сферической аберрации 3-го порядка. Искомые параметры голографирования найдем из выражений для Н1, Н3 и Н5, используя метод итерации. Таким образом, достигается коррекция дефокусировки, меридиональной комы второго порядка и сферической аберрации третьего порядка для лучей, идущих в меридиональной плоскости.

Для исправления аберрации лучей, идущих в сагиттальной плоскости, определим значения d1 и d2 , при которых обращаются

в нуль F2 и F4 . Поскольку излучение, используемое при записи решеток, монохроматично, а источники излучения точечные и находятся на оптической оси цилиндрических объективов, изменение положения источников di будет обусловлено только сферической аберрацией. В тех случаях, когда объективы работают с небольшим увеличением, представляет интерес использование апланатических линз.

180

3.4.4. Интерференционные приборы высокого разрешения

Интерференционными спектральными приборами принято называть приборы, в которых используется интерференция света при разности хода до 105–106 длин волн. Такие приборы имеют разрешающую способность до λ/δλ ~ 106–107. Наиболее распространенным из них является интерферометр Фабри–Перо (рис. 3.18). Особенностью этого интерферометра, отличающей его от щелевых приборов, является осевая симметрия. Это позволяет на входе и на выходе прибора использовать круглые отверстия, а не щели, что дает выигрыш в светосиле на 1–2 порядка.

Рис. 3.18. Образование интерференционной картины с помощью интерферометра Фабри–Перо:

1 – протяженный источник света, 2 – коллимирующая линза, 3 – объектив, образующий на экране 4 изображение источника света и колец равного наклона

Основной частью интерферометра Фабри–Перо являются два частично отражающих зеркала, параллельных друг другу. Зеркала могут быть нанесены на внутренней поверхности двух стеклянных или кварцевых пластин или на наружных поверхностях одной плоскопараллельной пластины. Вторая система, чаще называемая эталоном Фабри–Перо, применяется в тех случаях, когда нет необходимости варьировать расстояние между зеркалами и по условиям эксперимента требуются компактность и жесткость системы.

Пропускание интерферометра Фабри–Перо для монохроматического излучения имеет периодическую систему максимумов и минимумов. Если зеркала интерферометра и среда между ними не

181

имеют потерь, прозрачность в максимумах равна единице, а кривые прозрачности и отражения взаимно дополняют друг друга. Прозрачность интерферометра не достигает нулевых значений; имеются только минимумы, расположенные посредине между максимумами. С физической точки зрения это является следствием неравенства амплитуд бесконечного числа интерферирующих пучков (в отличие от случая дифракционной решетки, где интерферируют N лучей равных амплитуд).

Угловая дисперсия интерферометра dφ/dλ = 1/λφ не зависит от толщины интерферометра. Она очень велика в центре интерференционной картины (при φ→0) и убывает с ростом φ.

В интерференционной картине происходит наложение спектров соседних порядков интерференции. Величина свободной спектральной области (области дисперсии) равна расстоянию между соседними максимумами, выраженному в длинах волн: Δλ = λ/q. Область дисперсии v = 1/2L [см-1] называют постоянной интерферометра.

Аппаратной функцией интерферометра является угловое распределение, которое имеет монохроматический световой поток на выходе из интерферометра. Если в излучении присутствуют близкие длины волн λ1 и λ2, угловые распределения их световых потоков частично перекрываются. В качестве критерия разрешения этих двух длин волн принимают условие пересечения их распределений

в точках 0,5ТФПмакс. При этом суммарная кривая имеет в середине провал глубиной примерно 0,2ТФПмакс.

Минимально разрешимый интервал длин волн (предел разрешения) δλ представляет собой ширину инструментального контура или аппаратной функции интерферометра Фабри–Перо. Разрешающая способность интерферометра равна λ/δλ = qNэфф, где Nэфф =

=π ρ /(1 – ρ) является эффективным числом интерферирующих

лучей, т.е. числом одинаковых по амплитуде лучей, обеспечивающих такую же разрешающую способность, как и бесконечное число лучей с убывающей амплитудой.

Ширина аппаратной функции интерферометра δλ связана с величиной свободной спектральной области Δλ через Nэфф: Δλ = δλNэфф.

182

Зная величину Nэфф, можно сразу сказать, какую долю от области дисперсии Δλ составляет ширина аппаратной функции δλ. Для оценок полезна таблица, связывающая величину Nэфф с R (табл. 3.3).

Таблица 3.3

Эффективное число интерферирующих лучей Nэфф

при различных значениях ТсрR

ТсрR	Nэфф	ТсрR	Nэфф
0, 80	14	0, 95	61, 5
0, 85	19, 3	0, 97	103
0, 90	30	0, 98	156
0, 92	38	0, 99	314

Величину Nэфф называют также фактором резкости интерференционной картины или остротой полос. Фактор резкости показывает, во сколько раз ширина интерференционного максимума δλ меньше расстояния между соседними максимумами Δλ.

Можно думать, что с повышением коэффициентов отражения зеркал разрешающая способность интерферометра безгранично возрастает. Это справедливо, однако, только в случае идеального интерферометра Фабри–Перо. В реальном интерферометре непараллельность зеркал, дефекты их поверхностей и другие причины вносят искажения в угловое распределение светового потока, расширяя интерференционные максимумы и меняя их форму.

Для повышения разрешающей способности реального интерферометра с не очень хорошими зеркалами приходится диафрагмировать входной пучок, направляя его через наилучший участок поверхностей пластин. При работе с лучом небольшого диаметра, например лазерным, можно использовать зеркала с коэффициентами отражения 95–98%.

Можно расширить область дисперсии интерферометра Δλ при заданном разрешении δλ или, наоборот, повысить разрешение, но сохранить прежней величину области дисперсии. Для этого используют мультиплекс-интерферометр – два последовательно расположенных интерферометра Фабри–Перо с разными толщинами или многопроходные интерферометры.

183

Свободная спектральная область интерферометра Фабри–Перо очень мала. Например, для интерферометра толщиной 5 мм при λ = = 500 нм величина Δλ составляет всего 0,025 нм. Поэтому при работе с интерферометром Фабри–Перо необходима дополнительная монохроматизация излучения. Для этой цели можно использовать узкие светофильтры, например интерференционные. Однако чаще интерферометр Фабри–Перо применяют с призменными или дифракционными спектральными приборами.

Существуют два способа «скрещивания» интерферометра Фаб- ри–Перо со спектральным прибором – внешний и внутренний. В первом случае интерферометр располагают перед входной щелью прибора. Изображение интерференционных колец объективом высокого качества проецируется на входную щель. Если щель спектрографа при этом достаточно широка, спектральные линии оказываются пересеченными участками интерференционных колец.

При внутреннем расположении интерферометр Фабри–Перо помешают в параллельном пучке лучей, в котором находится и диспергирующая система прибора. Внутренняя установка более компактна.

Интерференционную картину можно сфотографировать, если на месте экрана 4 (см. рис. 3.18) поместить фотопластинку или фотопленку. При «скрещивании» интерферометра со спектрографом фотопластинку располагают в фокальной плоскости спектрографа. При фотоэлектрической регистрации интерферограмм в плоскости формирования интерференционных колец располагают круглую диафрагму. Радиус круглой диафрагмы, требуемой для выделения

интервала спектра шириной δλ, равен ρд = f 2δλ/ λ Обычно вели-

чина выделяемого спектрального интервала выбирается равной предельно разрешимой величине. В таком случае отношение δλ/λ, стоящее под корнем, представляет собой обратную величину разрешающей способности интерферометра.

Для расчетов радиуса диафрагмы удобно использовать выражение ρд = f δqλ/ L . Через δq = δλ/ L обозначена доля порядка ин-

терференции, умещающаяся внутри выходного отверстия. Если разрешающая способность интерферометра используется полно-

184

стью, т.е. δλ – минимально разрешимый интервал, то значение δq равно обратной величине эффективного числа интерферирующих лучей Nэфф. Угловой размер Ω выходного отверстия связан с разрешающей силой интерферометра множителем 2π:

Ω = 2πδλ/λ.

Сканирование спектра производят изменением оптической толщины интерферометра, т.е. изменением расстояния между зеркалами или изменением показателя преломления среды между ними (например, изменением давления газа).

Сканирование спектра путем механического перемещения зеркал требует исключительной точности их движения, которую нельзя обеспечить простыми механическими устройствами. Как правило, для этого используют какое-либо физическое воздействие на держатели зеркал: нагревание, магнитострикцию или обратный пьезоэлектрический эффект.

Сканирование спектра изменением давления внутри интерферометра является простым и надежным способом, применимым, однако, лишь при сравнительно больших толщинах интерферометра – более 1 м.

При выборе спектрального прибора для решения поставленной физической задачи всегда известно, каковы должны быть его разрешающая способность и светосила. При равном разрешении и сравнимых геометрических размерах приборов светосила дифракционных спектрометров оказывается на порядок выше светосилы призменных, а светосила спектрометра Фабри–Перо более чем на порядок превышает светосилу дифракционных спектрометров. С физической точки зрения большая светосила спектрометра Фабри– Перо получается в результате очень высокой дисперсии в центральной части интерференционной картины.

Хотя спектрометр Фабри–Перо имеет преимущества перед щелевыми спектрометрами по светосиле, из-за очень узкой свободной спектральной области он не конкурирует с призменными и дифракционными спектрометрами при одинаковом разрешении, однако он незаменим в случаях, когда требуется высокая разрешающая сила 106–107.

185

3.4.5. Moдуляционные приборы

Наряду с «классическими» в основу построения спектральных приборов могут быть положены «новые» методы, в которых разложение излучения в спектр с оптического (диспергирующего) элемента переложено на электрическую схему прибора. В основе действия таких приборов лежит селективная модуляция излучения, а сами приборы называются «модуляционными».

При использовании этих методов излучение в каждом участке наблюдаемого оптического спектра модулируется с частотой, однозначно связанной с длиной волны излучения. Далее с помощью приемника, принимающего одновременно все промодулированные оптические сигналы, вырабатывается электрический сигнал, в котором закодирован первоначальный оптический спектр. Для нахождения исходного оптического спектра необходимо провести гармонический анализ полученного электрического сигнала и воспользоваться связью оптических частот с модуляционной частотой, заложенной в данном приборе. Характер регистрации спектра в данном методе является многоканальным и подобен, например, фотографированию спектра, когда все время регистрации идет на накопление информации сразу по всему спектру.

Имеются и одноканальные варианты метода селективной модуляции, в которых модуляция оптического сигнала происходит только для одного интервала δλ. Такой прибор перестраивают по длинам волн с помощью какого-либо элемента, который поочередно выводит различные длины волн в положение, в котором происходит модуляция. Оптический спектр записывается в шкале оптических длин волн и частот, как в классических спектрометрах.

Модуляционные спектральные приборы относятся к классу спектральных устройств, в которых разделение излучения на спектральные составляющие производится не оптическим элементом, а электрической схемой прибора.

Наиболее распространен фурье-спектрометр, в котором получение спектра происходит в два этапа: сначала регистрируют интерферограмму излучения, в которой световые частоты закодированы соответствующими частотами электрического сигнала, затем путем

186

ее гармонического анализа находят спектр излучения. В основе фу- рье-спектрометра может лежать любое устройство, модулирующее световой поток с частотой, зависящей от длины волны излучения. Обычно используют интерферометр Майкельсона, настроенный на получение полос равного наклона (рис. 3.19).

Рис.3.19. Принципиальная схема фурье-спектрометра (а), интерферограммы монохроматического излучения (б) и сплошного спектра лампы накаливания (в):

1, 2 – входное и выходное отверстия; 3 – светоделительная пластина, 4, 5 – неподвижное и подвижное зеркала

При монохроматическом освещении входного отверстия и равномерном перемещении зеркала на приемник, расположенный за выходной диафрагмой, поступает переменный световой поток, соответствующий прохождению через выходную диафрагму максимумов и минимумов интерференционной картины. Приемник регистрирует синусоидальный сигнал, амплитуда которого пропорциональна яркости падающей волны, а частота зависит от скорости передвижения зеркала и длины волны излучения.

Такую модуляцию светового потока называют интерференционной. Она принципиально отличается от используемой во многих спектральных приборах «внешней» модуляции путем простого прерывания потока. Последняя не зависит от длины волны излучения и применяется в тех случаях, когда выгодно проводить усиление сигнала на переменном токе.

187

Если интерферометр освещен излучением, спектр которого содержит несколько монохроматических компонент, полученная интерферограмма является суммой сигналов, соответствующих каждой из компонент. Для нахождения первоначального оптического спектра нужно применить обратное преобразование Фурье. Идея такого способа получения спектра была сформулирована еще Майкельсоном в 1891 г., однако без ЭВМ выполнение обратного преобразования Фурье не представлялось возможным.

Если бы можно было измерить интерферограмму при изменении разности хода от 0 до ∞ (т.е. от – ∞ до + ∞, поскольку интерферограмма симметрична), спектр восстанавливался бы без искажений. В действительности величина x меняется в пределах от 0 до 2L. При этом вместо первоначальной монохроматической линии восстановленный спектр имеет линию конечной ширины. Это спектральное распределение называют аппаратной функцией (рис.3.20). Ширина аппаратной функции зависит от вида аподизирующей функции. При треугольной аподизации она равна δν=1/2L, отсюда разрешающая сила ν/δν = 2Lν.

Рис.3.20. Аппаратная функция фурье-спектрометра:

1 – без аподизации,

α(ν)= 4Lsin c(2πν2L);

2 – с аподизацией по треугольному закону, α(ν)= 2L sin c2 (πν2L)

Телесный угол Ω выходного отверстия, как и в случае интерферометра Фабри-Перо, связан с разрешающей силой соотношением Ων/δν=2π, поэтому фурьеспектрометр также обладает высокой светосилой. Это преимущество в светосиле, дающее выигрыш в ~30 раз по сравнению с дифракционными приборами с аналогичным разрешением, называют выигрышем Жакино.

Фурье-спектрометры по характеру регистрации спектра являются многоканальными приборами: они обеспечивают одновременную регистрацию излучения большого числа спектральных интер-

188

валов. Многоканальные методы регистрации спектра имеют преимущество перед одноканальными в чувствительности и быстродействии.

Этот выигрыш в чувствительности или в быстродействии, называемый мультиплекс-фактором или выигрышем Фелжета, имеет место только если шум не увеличивается из-за одновременного наблюдения всех спектральных интервалов, т.е. не является фотонным. В видимой области спектра, где преобладает фотонный шум, выигрыш Фелжета теряет силу (но выигрыш Жакино остается). В ИК области спектра, где фотонный шум невелик, фурьеспектрометры являются самыми быстродействующими приборами. Они особенно выгодны в дальней ИК области спектра от 50 до 1000 мкм, где они практически вытеснили классические приборы.

В фурье-спектрометрах не существует проблемы рассеянного света коротковолнового излучения, поскольку в любой момент времени используется свет всех длин волн.

Исследуемая область спектра всегда ограничена, и в ней укладывается конечное число спектральных интервалов. Следовательно, в интерферограмме можно измерять такое же число точек. Это позволяет передвигать каретку с зеркалом путем отдельных шагов и регистрировать ингерферограмму «по точкам». Такая информация удобна для компьютерной обработки.

Фурье-спектрометр обычно имеет свой компьютер, позволяющий рассчитывать спектр по мере измерения интерферограммы, т.е. по мере наращивания разности хода и разрешения. На экране дисплея можно следить за эволюцией спектра.

Отечет разности хода во время записи интерферограммы производится путем счета интерференционных полос, получаемых от ге- лий-неонового лазера. Одновременно с численным преобразованием спектра происходит его калибровка по длинам волн.

Современные фурье-спектрометры снабжаются каталогами молекулярных спектров (десятки тысяч), записанных на дисках. Программы поиска позволяют использовать эти библиотеки спектров различным образом, например, отбирать спектры по какому-либо признаку: по составу вещества, по молекулярной массе, по какойлибо структурной группе и т.д. Компьютер фурье-сректрометра

189

может быть связан с общей сетью для использования посторонних банков данных.

Фурье-спектрометры с быстрым преобразованием Фурье позволяют записывать спектр за очень короткое время. На регистрацию спектра в диапазоне 2,3–25 мкм достаточно нескольких секунд.

На практике обычно возникает необходимость отыскания истинного распределения энергии по наблюдаемому и по известной аппаратной функции. Решение этой задачи называют редукцией к идеальному прибору или исключением аппаратной функции. Наблюдаемое распределение включает в себя различные ошибки измерений и не всегда бывает известно с необходимой точностью, поэтому задача редукции к идеальному прибору является некорректной.

3.5.Приемники излучения

3.5.1.Выбор приемника излучения

Непосредственно к спектральному блоку примыкает входной модуль приемно-регистрирующей системы (ПРС), содержащий приемник излучения, главная задача которого – преобразовать падающий на него поток излучения в непосредственно измеримый сигнал (ток, напряжение, заряд, почернение…). В спектроскопической диагностике в УВЧ диапазоне применяются обычно фотоэлектрические приемники на основе внешнего фотоэффекта (ФЭУ, ЭОП и др.) либо внутреннего (ПЗС линейки, матрицы и др.). Нередко применяются еще фотографические приемники. Приемники первого типа работают в режиме реального времени, с разрешением вплоть до 10–9 с (у ФЭУ), второго и третьего – в режиме накопления и запоминания сигнала. Оптическая схема спектрального блока формирует на чувствительной поверхности приемника двухмерное изображение в виде пятна, спектра или другой «картинки». Одноканальный приемник (например, ФЭУ) преобразует весь падающий поток в единый сигнал. Для регистрации изображения с его помощью можно применить метод сканирования, как это сделано в диссекторе. Многоканальные приемники имеют от десятков

190

до десятков миллионов эффективных (ЭОП, фотослой) или реально разделенных (ФППЗ) параллельно работающих каналов. Их пространственное разрешение на чувствительной поверхности определяется шириной аппаратной функции (~10-2 см у ЭОП и 1÷10 мкм у фотослоя) или размером чувствительного элемента (~10 мкм у ФППЗ), но у всех этих приемников наблюдается эффект «расплытия» изображения (по разным физическим причинам). Неудачно выбранная (или смонтированная) электронная схема обслуживания фотоэлектрических приемников может существенно ухудшить их временное и пространственное разрешение, как и другие параметры ПРС. Точно так же неоптимальная обработка экспонированного фотослоя может привести к большим систематическим ошибкам.

Приемник излучения помимо временного и пространственного разрешения и числа параллельных каналов характеризуется абсолютной чувствительностью S, спектральным распределением чувствительности S(λ), световой характеристикой, частотной характеристикой, уровнем темпового сигнала, динамическим диапазоном, уровнем и типом шумов и т.д.

Из названных выше приемников излучения наивысшей чувствительностью обладает ФЭУ. Некоторые типы ФЭУ, работая в режиме счета фотонов, позволяют измерять падающие на них слабые потоки излучения на уровне счета до нескольких фотонов в секунду, что соответствует потоку непосредственно из плазмы порядка 106–107 см-3 с—1 в одной спектральной линии при освещении входной щели спектрометра по схеме рис. 3.1. Но чаще измерения ведут в аналоговом режиме, измеряют либо ток в цепи анода iA, либо падение напряжения uA на нагрузке R в цепи анода. В этом случае чувствительность ФЭУ на порядок ниже.

На рис. 3.21 показана схема устройства типичного ФЭУ. Смонтированная конструкция системы динодов размещается в непрозрачной колбе (1), в торец которой встроено оптическое окно (2). На внутреннюю поверхность окна напылен полупрозрачный светочувствительный слой, служащий фотокатодом. В рабочем режиме фотокатод находится под потенциалом порядка 103 В. На каждом каскаде системы динодов с помощью делителя напряжения создается разность потенциалов, ускоряющая электроны. Схема делите-

191

ля показана на рисунке условно, на самом деле все вводы напряжений осуществляются через цоколь, там же монтируется делитель. Под действием потока фотонов Ф фотокатод эмитирует фотоэлектроны, которые электростатической линзой (3) фокусируются на первый динод (4) и выбивают вторичные электроны. Эти электроны фокусируются на второй динод и т.д.

Рис. 3.21. Устройство ФЭУ со схемой его питания

Поскольку коэффициент умножения на каждом каскаде больше единицы, в результате при типичных 10÷14 каскадах умножения усиление тока электронов достигает величины 105-107. Среднее рабочее значение iA зависит от типа ФЭУ и напряжения питания Uп

лежим в диапазоне 10-2÷10-6А. При больших токах в прианодной области накапливаются отраженные анодом электроны, формирующие слой плазмы. Излучение из этого слоя может достигать первых динодов и фотокатода, вызывая дополнительную эмиссию электронов. Возникает эффект обратной связи, существенно искажающий результаты измерений. Хотя с ростом Uп анодный ток растет, но шумы начинают расти быстрее «полезного» сигнала и обнаружительная способность ФЭУ падает. По всем этим причинам для каждого типа ФЭУ существует своя оптимальная область значений напряжения питания. В паспорте ФЭУ обычно приводит-

	ся величина абсолютной чувствительности S =	iA −iT	при двух
		Φ
	192

значениях Uп в пределах этой области. Чувствительность выражается в единицах А/Вт или А/лм. Ее величину получают, освещая фотокатод полным потоком излучения специального стандартизованного источника, поэтому при работе с произвольной плазмой эти значения могут служить только для ориентировки.

Для выбора ФЭУ важна его спектральная чувствительность S(λ). В паспорте ФЭУ обычно указывается соответствующий ему номер характеристики. Значительная ее немонотонность может приводить к увеличению систематической погрешности результатов диагностических измерений, если протяженность рабочего участка спектра велика. В таких случаях иногда полезно скорректировать немонотонность путем подбора светофильтров с относительно меньшим пропусканием в области максимума.

При фиксированном напряжении питания Uп световая характеристика ФЭУ – зависимость анодного тока от потока падающего излучения Ф – сначала линейна (при iA ≤ iА , затем рост iA замедля-

ется. Причина замедления – утомляемость динодов. Световая характеристика индивидуальна, ее необходимо снимать для каждого образца ФЭУ. Целесообразно снимать ее с помощью калиброванных («эталонных») источников излучения, при всех используемых напряжениях питания ФЭУ. Для обеспечения стабильности iA на уровне 1% колебания напряжения питания не должны превышать 0,05–0,1%, а пульсации – 0,005–0,01%, т.е. должен применяться высокостабилизированный блок питания ФЭУ.

Частотные характеристики ФЭУ определяются его постоянной времени (τ ≤ 10 нс). С ростом частоты модуляции падающего потока излучения чувствительность падает в два раза при граничной частоте fгр ≈ 0,3/τ. Для оценок частотной зависимости можно пользоваться соотношением Sf /S0 ≈ [1 + (2πfτ)2]–1/2.

Обычно без видимых искажений передается полоса частот до 10 МГц, со спадом на треть – до 50 МГц. Специальные динамические ФЭУ со скрещенными ЕН полями имеют τ ≈ 1 нс и могут работать до частот 10 ГГц.

Шумовые характеристики ФЭУ определяются, главным образом, дробовым эффектом (флуктуациями плотности потока элек-

193

тронов), темновой ток – термоэмиссией фотокатода и первых динодов. Значения этих параметров приводятся в паспортах. Они определяют пороговый поток излучения, который может быть обнаружен с помощью ФЭУ.

Наиболее полную информацию о параметрах выпускавшихся в России ФЭУ можно найти в справочнике [17], о новых разработках

– в обзоре [18].

194

ПРИЛОЖЕНИЯ

1. Физические константы1

Фундаментальные постоянные

Скорость света	c = (2,99792458 ± 0,0000001) 1010 см/с
Постоянная тяготения G = (6,668 ± 0,005) 10 -8 дин см2/г2
Постоянная Планка	h = 2πћ = (6,6254 ± 0,0002) 10 -27 эрг с
Заряд электрона	e = (4,80294	± 0,00008)	10 -10 эл. ст. ед. =
	= (1,60209	± 0,00003)	10 -20 эл. м. ед.
Масса электрона	m = (9,1086 ± 0,0003) 10-28 г
Масса, соответствующая единице атомного веса:
химическая шкала	M0 = (1,66019 ± 0,00006) 10 -24 г
физическая шкала	Mph = (1,65975	± 0,00006)	10 -24 г
Отношение единиц (хим.) /(физ.) 1,000272 ± 0,000005
Постоянная Больцмана k = (1,38049		± 0,00005)	10 -16 эрг/град
	= (8,6163 ± 0,0004) 10 -5 эВ/град

Универсальная газовая постоянная (химическая шкала)

R= (8,3170 ± 0,0001) 107 эрг/град моль

=1,9865 ± 0,0002 кал/град моль

=82,057 ± 0,004 см3 атм/град моль

=62363,1 см3 (мм рт.ст.)/град моль

Механический эквивалент тепла J = 4,1855 ± 0,0004 Дж/кал Число Авагадро:

химическая шкала	N0	= (6,0238 ± 0,0002)	10 23
физическая шкала		= (6,0247 ± 0,0002) 10 23
Число Лошмидта	n0	= (2,6875 ± 0,0001)	10 19 см-3
Объём 1 грамм-молекулы при нормальных условиях
	V0	= (22,4146 ± 0,0006) 103 см3

1 Приведенные данные в основном соответствуют данным бюллетеня CODATA: Recommended consistent values of the fundamental constants, 1973: Report of the CODATA Task Group on fundamental constants, August 1973. – CODATA Bull., December 1973, № 11.

195