Astronet > Spektral'nye pribory

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Spektral'nye pribory

- optich. instrumenty, prednaznachennye dlya izucheniya zavisimosti intensivnosti I izlucheniya laboratornyh ili nebesnyh istochnikov sveta ot dliny volny $\lambda$ ili chastoty $\nu$ . S.p. ispol'zuyutsya i pri issledovaniyah v dr. diapazonah el.-magn. izlucheniya, napr. v radiodiapazone, v rentgenovskom i gamma-diapazonah, odnako v etih diapazonah dlin voln chasto ispol'zuyutsya dr. principy postroeniya apparatury, analiziruyushei zavisimost' $I(\lambda)$ ili $I(\nu)$ .

Klassich. S.p. soderzhat dispergiruyushie elementy, osushestvlyayushie razdelenie padayushego izlucheniya po napravleniyam v zavisimosti ot dliny volny: dispersionnye elementy (prizmy razlichnyh tipov), difrakcionnye elementy (ploskie ili vognutye difrakcionnye reshetki, prozrachnye ili otrazhayushie), interferencionnye elementy (poluprozrachnye otrazhayushie plastiny).

Vpervye opticheskii spektr Solnca byl poluchen I. N'yutonom pri pomoshi prizmy (1704 g.). Angl. uchenyi U. Bollaston (1802 g.) i nem. uchenyi '. Fraungofer (1814 g.) obnaruzhili v spektre Solnca linii poglosheniya i issledovali ih. Svyaz' spektra s him. sostavom izluchayushego ili pogloshayushego veshestva byla eksperimental'no dokazana nem. uchenymi G. Kirhgofom i R. Bunzenom (1859 g.), imi zhe byl sozdan pervyi spektroskop, osn. elementy k-rogo (kollimator, vhodnaya shel', dispergiruyushii element i kamera) primenyayutsya i v nastoyashee vremya (ris. 1). Interferencionnye dispergiruyushie elementy byli vvedeny v praktiku fiz. laboratorii franc. fizikami Sh. Fabri i A. Pero (1894 g.) i amer. fizikom A. Maikel'sonom (1907 g.). Difrakcionnye dispergiruyushie elementy vpervye byli opisany '. Fraungoferom (prozrachnaya difrakcionnaya reshetka) i amer. fizikom G. Roulandom. V 1882 g. Rouland izobrel i izgotovil vognutuyu otrazhayushuyu difrakc. reshetku, yavlyayushuyusya po segodnyashniiden' osnovnym i samym rasprostranennym dispergiruyushim elementom.

Ris. 1. Shema klassicheskogo spektral'nogo pribora
(spektrografa ili spektrometra): S - vhodnaya shel'
pribora; L₁ i L₂ - ob'ektivy kollimatora i kamery
(linzovye, zerkal'nye ili zerkal'no-linzovye);
D - dispergiguyushee ustroistvo (prizma ili
difrakcionnaya reshetka); Sp - spektr, registraciya
k-rogo mozhet proizvoditsya posledovatel'no ili
parallel'no; $\lambda_1, \;\lambda_2, \;\lambda_3$ - polozheniya
rezkogo izobrazheniya vhodnoi sheli dlya
opredelennyh dlin voln.

Osn. parametrami klassich. S.p. yavl. uglovaya i lineinaya dispersiya ( $d\lambda/d\varphi$ i $d\lambda/dl$ ), razreshayushaya sposobnost' $R=\lambda/\delta\lambda$ , gde $\delta\lambda$ - minimal'naya obnaruzhivaemaya raznica dlin voln (soglasno kriteriyu Releya, znachenie $\delta\lambda$ - razreshenie - opredelyaetsya iz usloviya, chto minimum intensivnosti spektral'noi linii sovpadaet s maksimumom sosednei linii v predpolozhenii, chto obe linii imeyut profil', opredelyaemyi difrakciei). K vazhnym parametram S.p. otnosyatsya takzhe maks. svetosila, ili apertura, i oblast' svobodnoi dispersii, vnutri k-roi ne proishodit nalozheniya sosednih poryadkov spektral'nyh linii. Poslednii parametr ogranichivaet, ochevidno, vozmozhnosti difrakc. i interferenc. priborov. V havisimosti ot reshaemoi nauchnoi zadachi pri konstruirovanii S.p. proizvoditsya optimizaciya teh ili inyh ego parametrov. Napr., vysokaya razreshayushaya sposobnost' (vplot' do 10⁶ i bolee) harakterna dlya interferometra Fabri-Pero, no u nego maly oblast' svobodnoi dispersii (0,1-0,01 $\AA$ ) i uglovaya apertura (10^-5-10^-6 sr).

Osn. sovremennym S.p. dlya astronomich. issledovanii s bol'shimi optich. teleskopami yavl. difrakcionnyi spektrometr s ploskoi ili vognutoi reshetkoi i fotoelektrich. registraciei spektra. Razreshayushaya sposobnost' takogo pribora teoreticheski ravna polnomu chislu shtrihov reshetki (10⁴-10⁵), chto sootvetstvuet v vidimoi oblasti spektra razresheniyu 0,1-1 $\AA$ . Dlya yarkih zvezd i planet razreshenie dostigaet 0,01 $\AA$ . V kachestve detektorov v astronomich. spektrometrah primenyayut maloshumyashie fotoelektronnye umnozhiteli (FEU), elektronno-opticheskie preobrazovateli sveta (EOP), televizionnye trubki raznyh tipov (napr., vidikon, didzhikon), a v poslednee vremya - mnogoelementnye pribory s zaryadovoi svyaz'yu (PZS), obespechivayushie parallel'nuyu registraciyu vsego optich. spektra v 512, 1024 i dazhe 2048 spektral'nyh kanalah. S pomosh'yu krupneishih teleskopov polucheny shelevye vysokokachestvennye spektrogrammy mnogih tysyach slabyh ob'ektov so zvezdnoi velichinoi vplot' do 18^m i razresheniem $$\approx 5-10$ \AA$ .

Dlya massovyh spektral'nyh obzorovprimenyayutsya ob'ektivnye prizmy s uglom 1-3^o ili difrakc. reshetki, ustanavlivaemye pered zerkalom ili ob'ektivom, obespechivayushie poluchenie na odnom fotosnimke oblasti neba (razmerom do $10^\circ\times 10^\circ$ ) odnovremenno tysyachi spektrov s razresheniem $$\approx $100 \AA$ . Na krupneishih teleskopah s toi zhe cel'yuv shodyashemsya svetovom puchke pered fotoplastinkoi pomeshayut kombinaciyu prozrachnoi difrakcionnoi reshetki i prizmy.

Dlya detal'nyh issledovanii profilei otdel'nyh linii, gl. obr. emissionnyh tumannostei, solnechnoi korony, svecheniya nochnogo neba i polyarnyh siyanii, shiroko primenyayutsya interferometry Fabri-Pero, pozvolyayushie poluchit' razreshenie do 0,03 $\AA$ .

V solnechnyh issledovaniyah primenyayutsya spektrometry i spektrografy s ploskimi difrakc. reshetkami i razresheyushei sposobnost'yu, dostigayushei 10⁶. Solnechnye spektrografy pozvolyayut takzhe poluchat' monohromatich. izobrazheniya diska Solnca ili ego uchastkov v izbrannyh liniyah poglosheniya ili izlucheniya (spektrogeliograf). Odnoi iz modifikacii solnechnogo spektrografa ili spektrometra yavl. magnitometr ili magnitograf, prednaznachennyi dlya registracii magn. polei na Solnce. Poluchili rasprostranenie nesfericheskie vognutye reshetki, gl. obr. toroidal'noi formy, a takzhe golografich. reshetki s sinusoidal'nym profilem shtriha, bol'shoi plotnost'yu shtrihov (do 5000 shtrihov/mm) i vysokoi svetosiloi (do 1:2).

Ris. 2. Shema fur'e-spektrometra (na primere
interferometre Maikel'sona): S - vhodnaya
apertura; L₁ i L₂ - ob'ektivy kollimatora
i kamery; T - svetodelitel'noe ustroistvo
(poluprozrachnoe zerkalo); M₁ i M₂ -
otrazhayushie zerkala, prichem zerkalo M₂
peremeshaetsya v predelah ot $-\Delta_{max}$ do $+\Delta_{max}$ ;
D - detektor. EVM proizvodit vychislenie
spektra v funkcii chastoty $I_\nu$ po dannym
izmerenii interferogrammy $\Phi(\Delta/c)$ .

Ispol'zovanie metoda selektivnoi modulyacii sveta privelo k poyavleniyu spektral'nyh priborov novogo tipa: fur'e-spektrometra i SISAMa (spektrometra s interferencionnoi selestivnoi amplitudnoi modulyaciei svetovogo potoka). Klassich. primerom fur'e-spektrometra yavl. interferometr Maikel'sona (ris. 2), v k-rom registriruetsya interferogramma $\Phi(\Delta/c)$ , gde $\Delta$ - raznost' hoda mezhdu dvumya puchkami, izmenyaemaya v predelah ot $-\Delta_{max}$ do $+\Delta_{max}$ , c - skorost' sveta. Iskomyi spekr kak funkciyu dliny volny ili chastoty sveta nahodyat v rezul'tate obrabotki interferogrammy pri pomoshi EVM.

Razreshayushaya sposobnost' (teoreticheskaya) fur'e-spektrometra ravna: $R_{teor}=\Delta_{max}/\lambda$ , a maksimal'naya dopustimaya apertura, pri k-roi ne uhudshaetsya razreshenie, $\Omega=2\pi/R_{teor}$ sr.

fur'e-spektrometr takogo tipa optimalen dlya issledovaniya blizhnei IK-oblasti spektra. V diapazone 3-30 mkm s takim priborom v planetnyh issledovaniyah dostignuta spektral'naya razreshayushaya sposobnost' ~10⁶, chto sootvetstvuet $$\delta\lambda$=0,03 \AA$ .

Selektivnaya modulyaciya sveta ispol'zuetsya takzhe v SISAMe, v k-rom ploskie zerkala interferometra Maikel'sona zameneny na ploskie naklonnye difrakc. reshetki. Razreshayushaya sposobnost' SISAMa vsego v 1,5 raza vyshe, chem u obychnogo difrakc. spektrometra, odnako ego svetosila primerno v 60 raz prevoshodit svetosilu difrakc. spektrometra klassich. tipa.

V laboratornyh issledovaniyah nahodyat primenenie i dr. tipy S.p.: rastrovye spektrometry Zhirara, polyarizacionnye fur'e-spektrometry, gde vmesto poluprozrachnoi svetodelitel'noi plastinki ispol'zuetsya dvuprelomlyayushii kristall.

V issledovaniyah UF-oblasti spektra primenyayut spektrometry s ploskimi i vognutymi difrakc. reshetkami pri normal'nom padenii luchei. V korotkovolnovoi chasti UF-diapazona primenyayut spektrometry kosogo padeniya. V oblasti myagkogo rentg. izlucheniya (dliny voln $1-10 \AA$ ) shiroko primenyayutsya kristallicheskie spektrometry Bregga, ispol'zuyushie effekt difrakcii rentg. luchei na ob'emnoi kristallich. reshetke.

Lit.:
Zaidel' A.N., Osnovy spektral'nogo analiza, M., 1965; Peisahson I.V., Optika spektral'nyh priborov, 2 izd., L., 1975; Tarasov K.I., Spektral'nye pribory, 2 izd., L., 1977.

(V.G. Kurt)

V. G. Kurt, "Fizika Kosmosa", 1986
Glossarii Astronet.ru

L | R | A | B | V | G | D | E | Zh | Z | I | ' | K | L | M | N | O | P | R | S | T | U | F | H | C | Ch | Sh | Sh | E | Yu | Ya

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati