150492 (Оптические приборы)

РЕФЕРАТ

"Оптические приборы"

1. Светофильтры

При помощи светофильтров обычно отделяют одну часть спектра от других. Это значит, что подыскивают светофильтр с резкой границей поглощения как со стороны длинноволновой части спектра, так и со стороны коротковолновой. Желтые или красные фильтры имеют резко спадающую в коротковолновой части спектра абсорбционную кривую. С их помощью можно отсечь коротковолновую часть спектра практически с любого желаемого места. Фильтры подобного рода имеются в продаже; можно заказать желаемую абсорбционную характеристику и получить фильтр, имеющий соответствующие свойства. Значительно труднее получить с помощью окрашенных стеклянных фильтров абсорбционную кривую, резко спадающую в длинноволновой части спектра, если предъявляются высокие требования к однородности стекла. В этом случае применяют желатиновые фильтры, окрашенные органическими красителями. Некоторые указания по изготовлению таких светофильтров даются ниже.

Узкую область спектра можно выделить при помощи комбинации фильтров Шотта. Для этой цели весьма выгодно применять и интерференционные фильтры. Они отличаются высокой степенью прозрачности и узкой областью пропускания. При помощи интерференционных фильтров очень удобно выделять определенные линии из линейчатых спектров спектральных ламп. Путем последовательного применения двух или нескольких интерференционных фильтров одного типа можно в значительной степени ослабить пропущенный фон. Интерференционные фильтры изготовляются с максимумом пропускания от л=225 лиг до инфракрасной области. Изготовление фильтров для ультрафиолетовой части спектра в настоящее время еще сопряжено с рядом трудностей. В последнее время в продаже появились интерференционные фильтры для краев спектра и отдельных линий. Путем различных комбинаций таких фильтров можно получить любую заданную спектральную полосу пропускания.

Интерференционные фильтры лучше всего приобретать. Пытаться изготовить такой фильтр самостоятельно не имеет смысла.

При применении интерференционных фильтров надо иметь в виду, что их проницаемость меняется с изменением направления падающих лучей. Интерференционные фильтры в потоке лучей нагреваются мало, так как они имеют очень небольшое поглощение. Энергия, не прошедшая через фильтр, отражается. Поэтому необходимо принимать меры, исключающие вредное влияние отраженных лучей. Стеклянные фильтры, обладающие большим поглощением, при интенсивном облучении сильно нагреваются, их кривая поглощения изменяется. Спектральная граница красных фильтров с повышением температуры смещается в красную область спектра. В связи с этим упомянем, что граница спектра пропускания горячей кварцевой колбы ртутной лампы высокого давления лежит в области длин волн > 254 ммк.

Красители вводятся в растворы желатина, которые высушивают на стеклянных пластинках. Рецепты 41 желатинового фильтра опубликованы Ходжменом. Ниже мы даем некоторые из них. Стеклянные пластинки предварительно необходимо очищать при помощи растворов едкого натра в воде и двухромовокислого калия в серной кислоте; желатина взвешивается, в течение часа моется в холодной поде и разминается. Затем берут на 20 г. сухой желатины 300 см³ воды, растворяют ее при температуре 40° С и фильтруют. Этот раствор желатины нагревается до 45° С, смешивается с краской и с помощью пипетки наливается на стеклянную пластинку, очищенную, как указано; пластинку предварительно устанавливают горизонтально и защищают от пыли. Две пластинки, приготовленные таким образом, после высыхания склеивают канадским бальзамом.

Раствор желатины, если к нему добавить сахар, еще лучше прилипнет к стеклу. Для дезинфицирования желатинового раствора пригоден тимол: небольшой кусочек этого вещества, напоминающего камфару, бросается в раствор. В качестве основной подложки, можно применять «хромовую желатину»: к 100 см³ 1% раствора желатины добавляется 5 см³ 5% раствора хромовых квасцов.

Однако изготовление хорошего фильтра требует все же налгЬ чия известных познаний в области специальных свойств красителей и знания определенных приемов работы с ними; надо думать, что Э.Дж. Уолл был прав, когда он вообще отказался от самостоятельного изготовления подобных цветных фильтров. Поэтому в каждом случае необходимо прежде всего подробно ознакомиться с монографиями по этому вопросу указанного автора или монографией Вейгерта. В отношении всех светофильтров, у которых краситель растворен в желатине, имеется опасность, что их цвет в течение нескольких месяцев или лет изменится, особенно если слой приклеен канадским бальзамом и если фильтр длительное время оставался на свету. Цветные желатиновые пленки выпускаются в продажу рядом фирм.

Можно рекомендовать и так называемые монохроматические фильтры, выделяющие из спектра полосы почти одинаковой ширины, примыкающие друг к другу. Имеются два сорта монохроматических фильтров: для более широких и для более узких областей спектра. Если область пропускания сужается, то уменьшается и максимальное значение пропускания – на несколько процентов. Монохроматические фильтры можно с успехом применять для устранения рассеянного света в простых монохроматорах.

Для серых стекол кривая пропускания, вообще говоря, не обнаруживает зависимости от длины волны. За пределами красной части степень прозрачности в большинстве случаев резко увеличивается. Это свойство надо иметь в виду при применении таких стекол, например, в форме клина в качестве ослабителя в спектральном аппарате. Селективность серого фильтра приобретает большое значение при очень плотных фильтрах. Серые фильтры, полученные фотографическим путем, сравнительно мало селективны. К сожалению, они в большинстве случаев немного рассеивают свет, так что при употреблении этих фильтров рассеянные лучи могут вызвать дополнительный световой эффект.

Значительно проще изготовлять жидкие фильтры. Красящий раствор наливают в ванну с плоскопараллельными стенками. Очень подходят для этой цели упоминавшиеся на стр. 111 цилиндрические стеклянные сосуды, – на концах которых приплавлены плоскопараллельные пластинки; сбоку в сосуд впаивается отросток для наполнения его жидкостью. Широко известны сосуды Лейболъда; относительно них, так же как и относительно изготовления маленьких кювет, см. Вейгерт. Жидкие фильтры из нескольких вполне определенных помещенных друг за другом слоев можно сравнительно просто составлять при помощи соответствующих кювет.

Для наполнения жидких фильтров особенно подходят окрашенные неорганические соли, так как они обнаруживают полную светостойкость.

Следующие указания взяты из работы Гибсона,

4400 А: 5% водный раствор железосинеродистого калия,

5000 А: 6% водный раствор двухромовокислого калия,»

6000 А: пластинки из стекла, окрашенного закисью меди, или из рубцового стекла,

780: йод в сероуглероде,

8200 А: эбонит; проницаемость пластинки толщиной 0,3 мм при 1 лк 37%, при 2 мк 61%.

Ниже приводятся данные о различных инфракрасных фильтрах. Эти фильтры, так же как и многочисленные красители, исследовал Меркельбах в области от 0,6 до 2,8 мк.

Второй класс

Фильтры с определенной длинноволновой границей проницаемости: слой воды толщиной 1 см. Проницаемость при л=1 мк 80%, при л= 1,5 лек 0%.

57 г. сернокислой меди на. 1 литр воды, толщина слоя 1 см. Раствор пропускает при л=5800 А 80%, начиная от л= 7500 А в сторону длинных волн непрозрачен.

Полунасыщенный водный раствор хлористого железа пропускает при толщине слоя 10 мм: при л=0,7 мк 40%, при л=0,8 JitK 5%, при л=0, и мк 0%. К сожалению, раствор малоустойчив. Стекло BG 19 фирмы Шотт при толщине 2 мм пропускает: при л=0,55 мк 90%, при л=0,7 мк 50% и при л от 0,9 до 2,8 juk менее 5% падающего на него света.

Красный свет поглощается более сильно, чем коротковолновый сине-зеленым фильтром указанной выше фирмы, а также берлинской лазурью.

Фильтры для специальных целей

Если по методу, предложенному Пфундом, обработать целлулоидные пленочки парами селена, то получается черный слой, который, как показали Барнес и Боннер, вместе с кварцевой пластинкой толщиной 0,7 мм пропускает лучи только с длиной волн свыше 40 лиг. В работе приведены кривые поглощения между, 1 и 120 JitK.

Золотые слои, проницаемость которых для зеленого света составляет 73%, исключают, по данным Кишфалуди, красные и инфракрасные лучи.

Для большинства случаев весьма подходящими являются три фильтра, предложенные Р.В. Вудом: слой раствора следующего

Состава: 10 мг нитрозодиметиланилина на 100 мл воды, толщиной 5 мм; этот фильтр непроницаем для лучей с длиной волны от 5000 до 3700 А и проницаем для длин волн от 3700 до 2000 А. При длительном хранении раствор становится непроницаемым р для ультрафиолетовых лучей без изменения своей окраски. Тонкий серебряный слой проницаем для лучей с длиной волны от 3400 до 3100 А. Кривая проницаемости этого слоя представляет собой зеркальное изображение кривой его отражения света. Для изготовления такого фильтра серебрят кварцевую пластинку, добиваясь слоя такой толщины, чтобы при наблюдении через пего Солнце представлялось синим диском, а очертания домов на фоне светлого неба уже не были бы видны. На слой серебра накладывают кольцо из фильтровальной бумаги, пропитанной уксуснокислым свинцом; на это кольцо накладывается затем кварцевая пластинка. В таком виде фильтр сохраняется в течение многих месяцев.

Вуднишел также, что очень тонкие слои щелочных металлов, уже совершенно непрозрачные для видимого' света, пропускают коротковолновый свет. Такой слой можно получить испарением очень тщательно очищенного щелочного металла; пары осаждают на стенку кварцевой колбы, охлаждаемую жидким воздухом; Вуд описал технику приготовления таких слоев, но ее нельзя считать простой. Над этим фильтром продолжали работать О'Брайен, а также Уотстон и Харст. Границы проницаемости лежат для

Cs при 4400 Rb» 3600 К» 3150 Na» 2100 Li остается до 1400 А непрозрачным.

Дреслер и Рикк описали светофильтр, который позволяет относительную спектральную чувствительность селенового фотоэлемента почти полностью приблизить к чувствительности нашего глаза.

Не рекомендуется самому изготовлять такой светофильтр, его следует приобрести в готовом виде, так как для каждого фотоэлемента требуется специальный особый подбор светофильтра. Кроме того, рекомендуется периодически контролировать точность работы установки.

Относительно узкую область около любой данной длины волцы можно выделить известным фильтром Христиапсена. Один такой фильтр для длин волн от 3 до 90 мк кратко описан Барнесом и Боннером. Раньше для выделения необходимой области длин волн пользовались изменением температуры кюветки с раствором; Эйе применяет раствор бромо- и йодортутных соединений калия и бария, относительно нечувствительный к изменению температуры. По данным автора изменять выделяемую область спектра можно, подбирая подходящую концентрацию раствора. Если для выделения отдельных линий в спектре ртутной лампы пользуются жидкими фильтрами, самостоятельно составленными, то можно рекомендовать описанные далее комбинации фильтров. Эти комбинации применимы так же, как фильтры, дополнительные к интерференционным. ■

Желтый дублет 5790/69 А можно выделить, если спектр ртутной лампы пропустить через слой почти насыщенного раствора двухромовокислого калия толщиной 5 см.

Зеленая линия 5461 А. В кюветке, наполненной водой растворяют такое количество тартразина, которое необходимо для того, чтобы синие линии исчезли; для контроля пользуются карманным спектроскопом. Желтый дублет устраняется путем добавления имеющегося в продаже азотнокислого неодима. Раствор почти неограниченно устойчив. Фильтр превосходно подходит для спектроскопических и поляриметрических исследований, а также для микрофотографии. Можно также применить дидимовое стекло, которое, однако, обходится довольно дорого, так как требуется слой толщиной до 2 см.

Группа линий 4358–4347 Смешивают 8 г сернокислого хинина с 100 см³ дистиллированной воды и добавляют по каплям разбавленную серную кислоту до тех пор, пока не растворится выпавший вначале пухлый слой белого осадка; его растворение совершается внезапно. Слой этой жидкости толщиной 2 см в соединении с обычным кобальтовым стеклом пропускает, кроме указанной выше группы линий, только следы зеленой линии. Если последнее нежелательно, то в раствор добавляют еще пемпого родамина В. Так как раствор сернокислого хинина буреет после долгого действия света, то Пфунд рекомендует раствор азотисто-кислого натрия толщиной слоя 12 мм; его прозрачность составляет для 4358 А 65%, а для 4047 А 1%.

Еще лучше для этой цели подходит, пожалуй, недавно предложенная Санни и его сотрудниками смесь 6% раствора нитробензола в спирте с 0,01% «розамином 56 экстра»; ее слой толщиной 1 см пропускает линию 4358 А, но зато соседние линии ослабляет до 0,1%; необходимо указать, что этот светофильтр немного чувствителен к действию света.

Для линии 3125 А Бэкстрём кратко описал следующий фильтр: раствор из 14 г. сернокислого никеля и 10 г. сернокислого кобальта на 100 см* дистиллированной воды; этот светофильтр пропускает при слое толщиной в 3 см 3,5% линии 3342 А, но зато 96% линии 3125 А; он является прозрачным минимум до 2300 А. Если к этому раствору добавить еще 45 г. безводного кислого фталата калия, который хорошо поглощает короткие волны, то интенсивность уже соседней линии 3023 А ослабляется до 0,1%, в то время как для линии 3125 А сохраняется высокая проницаемость. Простым, однако не очень хорошим поглотителем является посеребренная кварцевая пластинка.

Для выделения линии 2536 А можно по Ольденбергу пользоваться кварцевой колбой диаметром 40 мм, наполненной хлором до давления примерно 6 атм. Линия 4358 А будет еще сильно ослабляться, но длинноволновые линии – едва ли.

Пользуясь стеклянными фильтрами и обычными спектральными лампами, имеющимися в продаже, можно выделять линии, почти равномерно расположенные на всем протяжении спектра. В противовес жидким фильтрам, стеклянный фильтр имеет то преимущество, что он чуть ли не безгранично устойчив. В справочнике по физике и химии Д'Анса и Лакса приведены комбинации фильтров и соответствующих им спектральных ламп.