Борн М.,Вольф Э. - Основы оптики (1070649), страница 100
Текст из файла (страница 100)
Следовзтельно, при прохождении сквозь кристалл пучка рентгеновских лучей возникает дифракционная картина, и, анализируя ее, можно получить информацпю относительно структуры кристалла (см., например, (35) или 1361). Дифракпия рентгеновских лучей з кристаллах, предсказанная в!912 г. Лауэ, наблюдалась впервые Фридрихоч и Кннппингом !371.
Лругяв< примером решеткоподобной структуры служат ультразвуновые волны в жидкости. Они представля<от собой упругпс волны, с<ждвваемые пьезоэлектрическим генератором, н атличакпся от обычных звуковых волн только значительно более высокой <астотой, лежащей существенно выше верхнего предела слышимости.
Такие волны вызывают периодические разряжения и сжатия жидкости, действующие на проходящий свет, как решетка. Теория этого явления излагается в гл. 12. В заключение настояще<о параграфа рассм<прим оздноъ<ейные реше<ки, которые примеяяются в спектроскопви. о) Типы дпфрякц«вино<к решеток '). Принцип действия дифракшюяной решетки был открыт в 1785 г. Рнттенхаузом (!391, сч, также (401), но тогда его открытие не привлекло внимания, и реше<ка была изобретена вновь в 1819 г. Фраунгофером 14!!. Первые рс<не<ки, изготовленные Франугофером, были выполнены из очень тонкой проволоки, навнтой па два параллельных внтга. Изготовление таких проволочных решеток сравнительно несложно, и поэтому в некоторых случаях ими пользуются даже в наше время, особенно в длшшоволновой (инфракрасной) области спектра.
Позднее Фраупгофер с помощью специальной машины прочерчивал штрихи на золотой пленке, нанесенной на стеклянную пластинку, или жс, пользуясь алмазным резцом,— параллельные штрихи на самой поверхности стекла. Значительных успехов в технике изготовления решеток достиг Роуланд 142!, который создал несколько превосходных гравировальных машин и, кроме того, изобрел так называемую вогнутую решетку (см, <пр. 378, 379). Прн помощи машины Роулаяда можно было нанос<пь штрихи длиной более 1О см на решетку шириной 15 см.
Первая в<яшина Роулаида позволяла прочерчивать око.ю 560 штрихов на ! мд<, что обеспечивало разрешающую силу рсш<..тки, превышающую!50 000. Позднее Майкельсан иаготоилял решетки значительно шире !5 см с разрешающей силой, примерно разной 400 000. Большинство первых реп<еток гравировались на зеркальном металле или стекле, позднее появились решетки со штрихами, нанссеиныл<и на напыленный слой алюминия. Алюминий обладает хорошей отражательной способностью в ультрафнолстс и, кроме гого, вследствие своей мягкости ие вызывает быстрого износа чертящего острия (алмаза). У идеальной решетки штрихи долткны быть строго параллельны и яме<ь одииаковло форму. Однако на практике оба эти требования обычно не выполншс<гся, Совершенно нерегулярные о:пябки приводят к затуманиванию картины и не так серьезны, как систематические ошибки, например в нерио,<е решетки.
Последние приводят к появлсвню в спектре пзрааитных линий, называемых духами. О <снь часто такие духи с большим трудом можно отличить от настоящих папий. Высокая разрешающая сила — не единственное серьезное требование, предъявляемое прая-.ической спехтроскопнсй. В тех случаях, когда энергии недостаточно (с чем приходится сталкиваться, например, ирп изучении спектров слабых звезд и туманностей или при работе в инфракрасной области спектра) существенно, чтобы как можно больше света дифрагировало в определенном направлении. Кроме того, прн точных измерениях длин волн применяемая ре- ") Подробное аввожеиие методов ввготовлеввв решетов и вх уеовершеветвовввв» ем.
в 1эв). 9 8.51 пггаечкция вглунгоочеа н пптичяскнк пенно»ах 375 щетка должна обладать большой. дисперсией. Согласно (8) угловая дисперсия (при постоянном угле падения света) равна ле лх соз В (18) следовательно, для получения большой дисперсии расстояние г( должно быть малым плп наблюдения должны вестись в высоких порядках (большое гл). 1!рп работе с решетками, и>гегогг!иыгг вил посчедовательности непрозрачных л прозрачных (или отражщощнх) па. лесок, только малля часть падающего света попадаег в какой-нибудь один порядок.
Зто недостаток устраняется у современных решеток тем, что гга- ,.>,>ф:,,р>5>~ .. .', .у' ' носимым п>грихам придают опреде- ф ф.,Ф'ф;~~ф>> Ф >ф> ленную форму Специальная решетка, форма штрихов которой показана на рнс. 8.21, позволяет направить Рнс В.й).
Отражагельная решетка с задан большую часть света в один илн два ной формой штрихов. порядка, лежащие по одну сторону от цснтрачьного изображения. Решетки такого типа с довольно грубыми штрихвмн называются шмегенгаын, так как они занимают промежуточное поло>кение между решетками более старых типов и так называемыми эпгето>гален, которые будут описаны ниже. Зшелеты были впервые изготовлены Вудом (481 иа медных пластинках.
В качестве резца он пользовался естественной гранью специально отобранного кристал.чл карборунда. Позднее такве решетки грапировались алмазным острием, которому шлифовкой придавалась нужная форма. Зтн решетки имели от 80 до !20 штрихов на 1 жм; при работе с видимым светом они посылают большушего часть в спектрьг 15 го или 80 го порядка. Эшелеты представлякп значительную цени«кугь для инфракрасной спектро-. скопии. Сравнительно недавно были разработаны методы нанесения штрихов заданного профиля на решетки со значительно меньшим рассгояяием между штрихами 1441 Такие «б>гестяп(ис» ренте>яки "), ьак их взвывают, со штрихами, похожимп по форме на штрихи эшслета, образунуг наиболее иптепсивныо спектры в очень низких порядках (обычно в первом или во втором). По-видимому, разрешающая сила репгеток описанных тнпои достигает примерно 400 000 и ограшгчивается практическими трудгюстямн изготовления.
В некоторых случаях (например, прн изучеяии эффекта Зссмана и дифракцнонной картины сверхтовкой нлп изотопической структуры) пеобходггма разрешюощая сида, прешхх«дящяя юу величину. Такую высокую разрешающую силу имеют предложенные Гзррисопоы (451 решетки, называемые зшслямн. Зги решетки с широкими и неглубокими штрихами рассчнтывакп для работы при углях падения свгпз, болыпих 45', причем направление падения лолжно быть нормальным к узкой стороне ступеньки.
При работе с »щелями пспользуютсн сравнительно вьюокне порядки (т 1000). Эшель длиной 25 сзг с 4 штрихамп на 1 лгл, рассчитанная для работы в 1000-м порядке, имеет разрепшющую силу "«) в 1000000. Изготовление решеток хорошего качества представляет значительные тру;июстн, п поэтому часто используются реплики е"). Они изготовляются путем отливки матрицы с оригинальной гравированной решетки. ") В русский лнтературе гакнс решет«в ьазмваяпся коннстрнругш гньт.
(Прггл. ред) **) Теория н методы йзсотоелення решеток с высокой разрешыощей силой прнвеаены в 146!. "") ))ервые реплики была волучены торном (471, а затем уоллесом 149!. улучамнные сшкобы нзготовлсння реплкк описаны в 149!. !гл. 8 элементы теОРии дне»зинни 375 обходнмо упомянуть еще. о об эшелоне д!айгкельсо~ лоскопараллечьных сте гы (отсюда и название), к навет идущий сквозь нее Р»с. З.22. Эшс»с» М»вксл»сс»» д'р=~ — г — ) —, л» ~ дх дд( с! (20) Расстояние !»р между главным максимумом порндка т и соседним мини»~умо»г снова определяется соотяошеннсм (!2), так что услонве Лр.
—. б'р для предела разрешения лает 5Л="~ — тхг~ (21) Здесь т можно заменить величиной (и — 1) ОЛ, полученной нз (! 9), отбрасывая член рс(! в самом деле, величины р, для которых интенсивность зн» гительна, парилка Л)с(, т. е. рс( порядка длины волны, тогда как (п — 1) Г порядка многих тысяч длин волн. Отсюда находим следующее выражение для разрешающей силы эшелона: Л !л-~ дс ДЛ ! Л ЯЛ вЂ” =д ~ — — -~!.
(22) кл! '»вЂ г! Отношение †„Л)( — ) мало. Для флинта его величина вблизи середины видимой области лежйт в интервале ог — 0,05 до — О,1. Счедовательнсь при наблюдении и порядке т.= (л — 1] г)Л разрешающая сила эшелона в этих уело. виях превосходит на 5 — !О'г! разрг»шющую силу линейной решетки с су штрихами. Один из эшелонов»'!а»йкельсона состоял из 20 пластинок, каждая тол. щипай ! =.
18 мм н шириной с( = 1,км. Считая и — 1,5, найдем для ра»ности хода между соседними пучками, измерснной в длине волны зеленого света Л 5,.10 ' см, величину тявО»5 1,8гб 10»ж20 000. Полагая — /(~:) = ДЛГ г,х / =- — 0,1, получим разрешающую силу, примерно равную 20(20 000+ + О,! 20 000) — 440 000, Нс об одной »решетке» совершенно другого типа, а имени и 1501.
Оц состоит из ряда совершенно одинаковых п кляиаых пластинок, собрапньж в в»дс с»у»гней лестни~ ак показано на рпс. 8.22. Кажгг»м счупенька задсрж пучок света, причем время»адержки одного пучка относительно соседнего постоянно. Так как ширина каждой ступеньки велика по сраинению с длиной во.шы, илшп:ие днфракцнп ограничено малыми угхами, и ааль. ш»» часть света концентрируется в одном или двух спектрах вблизи направления 0 = О, соответствующих очень высокич по!»ядкз»и поскольку ргыность хода между соседними пучктш досгцгает очень больпюго числа длин воли.
Разрешающая сила .»шслона дбзйкельсона зависит не только от разности хода между лучами от краев решетян, но и от дисперсии с»екла (хотя и в значительно ченыпей степени) Если п — показатель преломления стекла, ! — тол~цика каждой ступенька и 8 — нх спирина (см. рис. 8.22), то, 'ппзя р малым, паходим, что разнос»ь хода »|ежду лу шми, дифрагируюшимп сл соседних ступеней, равна, очевнлно, рг(+(п — 1) г. Отсюда для положения главных максимумов получим рс!+(и — 1)г=тЛ (т=О, 1, 2, „. ), (19) Если длина волны изменится на величину АЛ, то максимум порядка т сместится на 5 8.8) диь>Акция Фгкукгоьвгк В оптических пРВБОРАх 377 Более важное значение имеет тпраеешпальнма эшелон.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
