Spectrometer (4000 символов)

Spectrometer.

A spectrometer (spectrophotometer, spectrograph or spectroscope) is an instrument used to measure properties of light over a specific portion of the electromagnetic spectrum, typically used in spectroscopic analysis to identify materials. The variable measured is most often the light's intensity but could also, for instance, be the polarization state. The independent variable is usually the wavelength of the light or a unit directly proportional to the photon energy, such as wavenumber or electron volts, which has a reciprocal relationship to wavelength. A spectrometer is used in spectroscopy for producing spectral lines and measuring their wavelengths and intensities. Spectrometer is a term that is applied to instruments that operate over a very wide range of wavelengths, from gamma rays and X-rays into the far infrared. If the region of interest is restricted to near the visible spectrum, the study is called spectrophotometry.

In general, any particular instrument will operate over a small portion of this total range because of the different techniques used to measure different portions of the spectrum. Below optical frequencies (that is, at microwave and radio frequencies), the spectrum analyzer is a closely related electronic device.

Spectroscopes

Spectroscopes are often used in astronomy and some branches of chemistry. Early spectroscopes were simply prisms with graduations marking wavelengths of light. Modern spectroscopes, such as monochromators, generally use a diffraction grating, a movable slit, and some kind of photodetector, all automated and controlled by a computer. The spectroscope was invented by Joseph von Fraunhofer.

When a material is heated to incandescence it emits light that is characteristic of the atomic makeup of the material. Particular light frequencies give rise to sharply defined bands on the scale which can be thought of as fingerprints. For example, the element sodium has a very characteristic double yellow band known as the Sodium D-lines at 588.9950 and 589.5924 nanometers, the color of which will be familiar to anyone who has seen a low pressure sodium vapor lamp.

In the original spectroscope design in the early 19th century, light entered a slit and a collimating lens transformed the light into a thin beam of parallel rays. The light then passed through a prism (in hand-held spectroscopes, usually an Amici prism) that refracted the beam into a spectrum because different wavelengths were refracted different amounts due to dispersion. This image was then viewed through a tube with a scale that was transposed upon the spectral image, enabling its direct measurement.

With the development of photographic film, the more accurate spectrograph was created. It was based on the same principle as the spectroscope, but it had a camera in place of the viewing tube. In recent years the electronic circuits built around the photomultiplier tube have replaced the camera, allowing real-time spectrographic analysis with far greater accuracy. Arrays of photosensors are also used in place of film in spectrographic systems. Such spectral analysis, or spectroscopy, has become an important scientific tool for analyzing the composition of unknown material and for studying astronomical phenomena and testing astronomical theories.

In modern spectrographs, the spectrum is generally given in the form of photon number (in the UV, visible, and near-IR spectral ranges) or Watts (in the mid- to far-IR) and is displayed with an abscissa given in terms of wavelength, wavenumber, or eV.

Spectrographs.

A spectrograph is an instrument that separates an incoming wave into a frequency spectrum. There are several kinds of machines referred to as spectrographs, depending on the precise nature of the waves. The first spectrographs used photographic paper as the detector. The star spectral classification and discovery of the main sequence, Hubble's law and the Hubble sequence were all made with spectrographs that used photographic paper. The plant pigment phytochrome was discovered using a spectrograph that used living plants as the detector. More recent spectrographs use electronic detectors, such as CCDs which can be used for both visible and UV light. The exact choice of detector depends on the wavelengths of light to be recorded.

The forthcoming James Webb Space Telescope will contain both a near-infrared spectrograph (NIRSpec) and a mid-infrared spectrometer (MIRI).

An echelle spectrograph uses two diffraction gratings, rotated 90 degrees with respect to each other and placed close to one another. Therefore an entrance point and not a slit is used and a 2d CCD-chip records the spectrum. Usually one would guess to retrieve a spectrum on the diagonal, but when both gratings have a wide spacing and one is blazed so that only the first order is visible and the other is blazed that a lot of higher orders are visible, one gets a very fine spectrum nicely folded onto a small common CCD-chip. The small chip also means that the collimating optics need not to be optimized for coma or astigmatism, but the spherical aberration can be set to zero.

A spectrograph is sometimes called polychromator, as an analogy to monochromator.

Спектрометр.

Спектрометр (спектрофотометр, спектрограф или спектроскоп) – инструмент, используемый для измерения свойств света по определенной части спектра электромагнитных волн, обычно используемых в спектроскопическом анализе для идентификации материалов. Измеренная величина чаще всего является интенсивностью света, но может также, например, быть индикатором поляризации. Независимая переменная обычно длина волны индикатора или коэффициент, прямо пропорциональный энергии фотона, такой как волновое число или электронвольт, который является величиной, обратной длине волны. Спектрометр используется в спектроскопии для создания спектральных линий и измерения их длин волн интенсивностей. Спектрометр – это термин, который применяется в приборах, которые работают по очень широкому диапазону длин волны от гамма-лучей и рентгена до инфракрасных. Если область, представляющая интерес, ограничивается вблизи видимого спектра, изучение называется спектрометрия.

Вообще любой специфический прибор будет работать с небольшой частью этого полного диапазона из-за различных техник, используемых для измерения различных порций спектра. Ниже оптических частот (то есть, в СВЧ- и радиочастотах) спектральный анализатор – близко установленное элетронное устройство.

Спектроскопы.

Спектроскопы часто используются в астрономии и некоторых разделах химии. Ранние спектроскопы были простыми призмами с градулированием, соответствующим длинам волн света. Современные спектроскопы, такие как монохроматоры, обычно используют дифракционную решетку, подвижную щель и некоторые виды фотодетектора, полностью автоматизированы и контролируются компьютером. Спектроскоп был изобретен Йозефом Фраунгофером.

Когда материал нагререт до накала, он излучает свет, который является характеристикой атомной природы материала. Специфические световые частоты дают начало резко определенным полосам в масштабе, которые воспринимаются как тени от пальцев. Например, у натрия есть очень характерная двойная желтая полоса, известная как D-полоса натрия на 588.9950 и 589.5924 нм, цвет которой будет знаком любому, кто видел низкую газовую лампу натрия под давлением.

В конструкции настоящего спектроскопа в начале 19го века, свет проникал в цель и коллимирующие линзы преобразовывали свети в тонкий пучок параллельных лучей. Затем свет проходил через призму ( в карманных спектроскопах обычно призму Амичи), которая преломляла луч в спектр, потому что различные длины волн проломлялись по-разному благодаря дисперсии. Это изображение тогда рассматривалось через трубу с масштабом, который был пересчитан на спектральное изображение, допуская его прямое измерение.

С развитием фотографической пленки был создан более точный спектрограф. Он был основан на том же принципе, что и спектроскоп, но имел камеру там, где раньше находитась зрительная труба. В последние годы электронные схемы, построенные недалекл от фотомультипликатора, заменили камеру, позволяя спектрографический анализ в реальном времени с гораздо большей точностью. Массивы фотодатчиков также используются вместо пленки в спектрографических системах. Такой спектральный анализ, или спектроскопия, стала важным научным инструментом для анализа состава неизвестных материалов и для изучения астрономических феноменов и проверки астрономических теорий.

В современных спектрографах спектр обычно дается в форме числа фотонов ( в ультрафиолетовом, видимом и близком к инфракрасному спектральных диапазонах ) или ваттах (в середине и конце инфракрасной зоны) и отображен с абсциссой, данной в единицах длины волны, волнового числа, или эВ.

Спектрографы.

Спектрограф – прибор, который разделяет входящую волну с спектр частот. Есть несколько машин, называемых спектрографами, в зависимости от точной природы волн. Первый спектрограф использовал фотографическую бумагу как детектор. Звездная спектральная классификация и открытие основной последовательности, закон Хаббла и последовательность Хаббла были полностью созданы с спектографами, которые использовали фотографическую бумагу как детектор. Пигмент растений фитохром был открыт, используя спектрограф, который использовал растения как детектор. Более новые спектрографы используют электронные датчики, такие как ПЗС-матрицы, которые могут быть использованы для большей части видимого и ультрафиолетового спектров света. Правильный выбор датчика зависит от длины волны света, который будет зарегистрирован.

Грядущий телескоп «Джеймс Вебб» будет содержать вольшую часть близких к инфракрасным спектрографов и спектрометр средней части инфракрасного диапазона.