В.А. Алекшевич - Оптика (1120564), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Èç îïûòà èçâåñòíî, ÷òî ïðèçìà ðàçëàãàåò áåëûé ñâåò íà åãî ñîñòàâëÿþùèå. Íà ðèñ. 14.1 öâ. âêë. ïîêàçàíî ïðîõîæäåíèåïó÷êà áåëîãî ñâåòà ÷åðåç ïðèçìó. Âûõîäÿùèå ïó÷êè ñ áîëåå êîðîòêèìè äëèíàìè l îòêëîíÿþòñÿ ê îñíîâàíèþ ïðèçìû ñèëüíåå. Ïîýòîìó ïðèçìà òàêæå øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ â ñïåêòðàëüíûõ ïðèáîðàõ â êà÷åñòâå äèñïåðãèðóþùåãî ýëåìåíòà.Ðàññ÷èòàåì åå ðàçðåøàþùóþ ñïîñîáíîñòü. Ïóñòü ïëîñêàÿ ìîíîõðîìàòè÷åñêàÿ âîëíà, ïðîéäÿ ÷åðåç ùåëü, ïàäàåò íîðìàëüíî íà îäíó èç ãðàíåé ïðèçìû(ðèñ.
14.5). äàëüíåì ïîëå, èëè ôîêàëüíîé ïëîñêîñòè êàìåðíîãî îáúåêòèâà, áóäåò ñôîðìèðîâàíà äèôðàêöèîííàÿ êàðòèíà îò ùåëè øèðèíîé d1, ðàâíîé øèðèíå îñâåùåííîé îáëàñòè íà âûõîäíîé ãðàíè ïðèçìû.Ïîëîæåíèå öåíòðàëüíîãî ìàêñèìóìà îïðåäåëÿåòñÿ èç óñëîâèÿ ðàâåíñòâà íóëþîïòè÷åñêîé ðàçíîñòè õîäà ìåæäó êðàéíèìè ëó÷àìè, ïðîøåäøèìè ÷åðåç ïðèçìó:d1 sin jmax - n(l)(L2 - L1) = 0.(14.10)Ïîëîæåíèå áëèæàéøåãî ìèíèìóìà, ñîãëàñíî (13.32), ïðè q = 1 îïðåäåëèòñÿèç óñëîâèÿd1 sin jmin - n(l)(L2 - L1) = l.(14.11)Åñëè íà ïðèçìó ïàäàþò äâå âîëíû ñ äëèíàìè l1 è l2 (l2 > l1), òî îíè áóäóòðàçðåøåíû ïðèçìîé, åñëè jmax äëÿ l1 áóäåò ðàâåí jmin äëÿ l2.
Òîãäà èç (14.10)è (14.11) ïîëó÷àåì[n(l1 ) - n(l 2 )](L2 - L1 ) = l 2 .(14.12)Ðàçíîñòü ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäån( l 1 ) - n( l 2 ) =162dn(l 2 - l1 ).dl(14.13)Òîãäà ðàçðåøàþùàÿ ñèëà ïðèçìûR=dnl2= (L2 - L1 ).dll 2 - l1(14.14)×òîáû ïîëó÷èòü ìàêñèìàëüíóþ ðàçðåøàþùóþ ñèëó, íàäî ïðèçìó ïîëíîñòüþ çàïîëíèòü ñâåòîì. Òîãäà L2 - L1 = L, ãäå L äëèíà îñíîâàíèÿ ïðèçìû.Çàâèñèìîñòü ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ n îò äëèíû âîëíû l äëÿ íåêîòîðûõïðîçðà÷íûõ ìàòåðèàëîâ â âèäèìîé îáëàñòè ïîêàçàíà íà ðèñ.
14.1 öâ. âêë. Åñëèdn~ 103 ñì-1, à L = 5 ñì, òî R ~ 5 × 103. Òàêèì îáðàçîì, ðàçðåøàþdlùàÿ ñèëà ïðèçìû íà íåñêîëüêî ïîðÿäêîâ ìåíüøå ðàçðåøàþùåé ñèëûäèôðàêöèîííîé ðåøåòêè.Ç à ì å ÷ à í è å. Ïðè çàïîëíåíèè ïðèçìû ñâåòîì âåëè÷èíà d1 äîñòèãàåò íåñêîëüêèõ ñàíòèìåòðîâ, ïîýòîìó äèôðàêöèîííàÿ êàðòèíà íàñòîëüêî ñæàòà, ÷òîñòàíîâèòñÿ íåðàçëè÷èìîé. Íàáëþäàåòñÿ ëèøü öåíòðàëüíûé ìàêñèìóì íóëåâîãîïîðÿäêà.Îáû÷íî â ýêñïåðèìåíòå ïðèçìà îñâåùàåòñÿ ïó÷êîì ñâåòà, ôîðìèðóåìûìêîëëèìàòîðîì. Èç-çà êîíå÷íîé øèðèíû åãî ùåëè íà ïðèçìó ïàäàþò ïëîñêèåâîëíû ïîä ðàçíûìè óãëàìè. Ïîýòîìó øèðèíà äèôðàêöèîííîãî ìàêñèìóìà ìîæåò áûòü íàìíîãî áîëüøå åãî äèôðàêöèîííîé øèðèíû. Ïðè îñâåùåíèè ïó÷êîì áåëîãî ñâåòà äèôðàêöèîííàÿ êàðòèíà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ìíîæåñòâî ïðèìûêàþùèõ äðóã ê äðóãó öâåòíûõ ïîëîñ (öâåòíîé ñïåêòð).Òèïû ñïåêòðàëüíûõ ïðèáîðîâ. Ñïåêòðàëüíûå ïðèáîðû ìîæíî ðàçäåëèòüíà íåñêîëüêî òèïîâ: ñïåêòðîñêîïû, êîòîðûå èñïîëüçóþòñÿ äëÿ âèçóàëüíîãî íàáëþäåíèÿ ñïåêòðà ñ ïîìîùüþ îêóëÿðà, óñòàíàâëèâàåìîãî çà ôîêàëüíîé ïëîñêîñòüþ êàìåðíîãî îáúåêòèâà.
Ïðèìåðîì òàêîãî ïðèáîðà ÿâëÿåòñÿ ñòèëîñêîï, ïðåäíàçíà÷åííûé äëÿ áûñòðîãî àíàëèçà ìàðêè ñòàëè è äðóãèõ ñïëàâîâ. Àíàëèçèðóÿ âèçóàëüíîïîëîæåíèå ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé è ñðàâíèâàÿ èõ ÿðêîñòü, ìîæíî ñäåëàòü çàêëþ÷åíèå î íàëè÷èè ïðèñàäîê (Mn, Ni, C è äð.) è èõ îòíîñèòåëüíîì êîëè÷åñòâåè òåì ñàìûì îïðåäåëèòü ìàðêó ñòàëè èëè ñïëàâîâ; ñïåêòðîãðàôû, â ôîêàëüíîé ïëîñêîñòè êîòîðûõ ïîìåùàåòñÿ ôîòîïëàñòèíêà. Ñïåêòð ôîòîãðàôèðóåòñÿ è çàòåì îáðàáàòûâàåòñÿ. Ïîëîæåíèå ïîëîñ è èõïî÷åðíåíèå íà ïëàñòèíêå äàþò âîçìîæíîñòü ðàññ÷èòàòü äëèíó âîëíû è èíòåíñèâíîñòü ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé.
Ñïåêòðîãðàôû ïîçâîëÿþò äàòü çàêëþ÷åíèå î êîëè÷åñòâåííîì ñîñòàâå èññëåäóåìîãî âåùåñòâà; ìîíîõðîìàòîðû è ñïåêòðîìåòðû. Ýòè ïðèáîðû ïîëó÷èëè øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå, ïîýòîìó íåñêîëüêî ïîäðîáíåå îñòàíîâèìñÿ íà èõ óñòðîéñòâå.Ìîíîõðîìàòîðû ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ âûäåëåíèÿ óçêîãî ñïåêòðàëüíîãî äèàïàçîíà. Äëÿ ýòîãî â ôîêàëüíîé ïëîñêîñòè êàìåðíîãî îáúåêòèâà óñòàíàâëèâàåòñÿ íåïîäâèæíàÿ ùåëü. Îáúåêòèâ è ùåëü ôîðìèðóþò âûõîäíîé êîëëèìàòîð.Äèñïåðãèðóþùèé ýëåìåíò ìîæåò ïîâîðà÷èâàòüñÿ. Ïðè ïîâîðîòå èçìåíÿåòñÿóãîë ïàäåíèÿ j0 è ñïåêòð ïåðåìåùàåòñÿ ÷åðåç ùåëü âûõîäíîãî êîëëèìàòîðà.Åñëè ïîâîðà÷èâàåòñÿ, íàïðèìåð, ðåøåòêà, òî èç óñëîâèÿ (13.13) ìîæíî ðàññ÷èòàòü l(j0) è ïî óãëó ïîâîðîòà îïðåäåëèòü äëèíó âîëíû èçëó÷åíèÿ íà âûõîäíîé ùåëè. Òàêóþ çàâèñèìîñòü ìîæíî ðàññ÷èòàòü è ïðè èñïîëüçîâàíèè äðóãèõäèñïåðãèðóþùèõ ýëåìåíòîâ.ïîëîæèòü163Âûõîäíîé êîëëèìàòîð ìîæåò èìåòü íåñêîëüêî ùåëåé. Òîãäà ïðèáîð íàçûâàåòñÿ ïîëèõðîìàòîðîì. Åñëè ó âûõîäíîé ùåëè óñòàíîâëåí ôîòîäåòåêòîð, òî ìîíîõðîìàòîð ñòàíîâèòñÿ ñïåêòðîìåòðîì.
 ýòîì ñëó÷àå ìîæíî èçìåðÿòü êàê äëèíû âîëí, òàê è èíòåíñèâíîñòü ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé.Íåêîòîðûå ñïåêòðîìåòðû èìåþò âñòðîåííûé èñòî÷íèê ñâåòà ñ èçâåñòíûìñïåêòðîì. Ïîìåùàÿ ïîñëå äèñïåðãèðóþùåãî ýëåìåíòà ðàçëè÷íûå âåùåñòâà,ìîæíî èññëåäîâàòü ñïåêòðû èõ ïîãëîùåíèÿ. Òàêîé ïðèáîð íàçûâàåòñÿ ñïåêòðîôîòîìåòðîì.Îïòè÷åñêèå ïðèáîðû, ôîðìèðóþùèå èçîáðàæåíèå. Îñíîâíûìè ýëåìåíòàìèâ òàêèõ ïðèáîðàõ ÿâëÿþòñÿ ëèíçû (ñîáèðàþùèå è ðàññåèâàþùèå) è çåðêàëà(âîãíóòûå è âûïóêëûå).Ïðè ïàäåíèè ïëîñêîé âîëíû íà ëèíçó â åå ôîêàëüíîé ïëîñêîñòè ôîðìèðóåòñÿ äèôðàêöèîííàÿ êàðòèíà Ýéðè.
Óãëîâîé ðàçìåð öåíòðàëüíîãî ïÿòíà (äèñêàÝéðè) îïðåäåëÿåòñÿ ôîðìóëîé (12.48)J0 =0,61l.r0Àíàëîãè÷íàÿ êàðòèíà áóäåò è â ôîêàëüíîé ïëîñêîñòè ñôåðè÷åñêîãî âîãíóòîãî çåðêàëà ðàäèóñà r0. Íàïîìíèì, ÷òî åãî ôîêóñíîå ðàññòîÿíèå f = R/2 (R ðàäèóñ êðèâèçíû çåðêàëà).Äèôðàêöèÿ ïîçâîëÿåò ñôîêóñèðîâàòü ïàðàëëåëüíûé ïó÷îê ëèøü â ïÿòíîêîíå÷íûõ ðàçìåðîâ, ïðè ýòîì ìèíèìàëüíûé ðàçìåð ïÿòíà ïðàêòè÷åñêè ðàâåíäëèíå âîëíû. Ýòî îáñòîÿòåëüíî íàêëàäûâàåò îãðàíè÷åíèå íà ïðåäåëüíûå âîçìîæíîñòè îïòè÷åñêèõ ïðèáîðîâ.
Ïîä ýòèì óãëîì çðåíèÿ ðàññìîòðèì äâà âàæíåéøèõ ïðèáîðà: òåëåñêîï è ìèêðîñêîï.Òåëåñêîï. Ïåðâûå òåëåñêîïû ñîñòîÿëè èç äâóõ ëèíç: îáúåêòèâà è îêóëÿðà.Õîä ëó÷åé îò äâóõ óäàëåííûõ îáúåêòîâ 1 è 2 ÷åðåç îáúåêòèâ ïîêàçàí íà ðèñ. 14.6. åãî ôîêàëüíîé ïëîñêîñòè ôîðìèðóþòñÿ äâå êàðòèíû Ýéðè, êîòîðûå ïåðåêðûâàþòñÿ.Äëÿ òîãî ÷òîáû ðàçäåëèòü (ðàçðåøèòü) äâà îáúåêòà (íàïðèìåð, äâå óäàëåííûå çâåçäû), íåîáõîäèìî, ÷òîáû óãîë J óäîâëåòâîðÿë óñëîâèþJ ³ J0 =0,61l.r0(14.15)Îêóëÿð òåëåñêîïà íå âíîñèò ñóùåñòâåííûõ äèôðàêöèîííûõ èñêàæåíèé. Ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòüþ òåëåñêîïà íàçûâàåòñÿ âåëè÷èíàRÐèñ. 14.6164=r01=.J 0 0,61l(14.16)×åì áîëüøå ðàäèóñ îáúåêòèâà, òåìâûøå ðàçðåøàþùàÿ ñèëà. Íà ðèñ. 14.7, à â ïîêàçàíû èçîáðàæåíèÿ òðåõ óäàëåííûõñâåòÿùèõñÿ îáúåêòîâ ïðè ðàçíûõ ðàäèóñàõêðóãëûõ äèàôðàãì, ðàñïîëîæåííûõ ïåðåäîáúåêòèâîì.Õîðîøî âèäíî, êàê ïðè óâåëè÷åíèè ðàäèóñà äèàôðàãìû ïîñòåïåííî óëó÷øàåòñÿðàçðåøàþùàÿ ñèëà îáúåêòèâà.Ðèñ.
14.7 íàñòîÿùåå âðåìÿ äëÿ íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèåïîëó÷èëè òåëåñêîïû-ðåôëåêòîðû. Òàêîé òåëåñêîï èìååò ïåðâè÷íîå Ç1 è âòîðè÷íîå Ç2 çåðêàëà. Åãî ñõåìà ïîêàçàíà íà ðèñ. 14.2 öâ. âêë. Ïó÷îê ñâåòà, ïîñëåäîâàòåëüíî îòðàæàÿñü îò ýòèõ çåðêàë, ñ ïîìîùüþ âñïîìîãàòåëüíîãî çåðêàëà Ç3ïîïàäàåò íà ôîòîäåòåêòîð ÔÄ.Äëÿ óâåëè÷åíèÿ äèàìåòðà ïåðâè÷íîå çåðêàëî ìîæåò ñîñòîÿòü èç ìíîæåñòâàñåãìåíòîâ. Ýòè ñåãìåíòû ìîãóò ñëåãêà ïåðåìåùàòüñÿ, ÷òîáû êîìïåíñèðîâàòüèñêàæåíèÿ ôàçîâîãî ôðîíòà ïó÷êà ñâåòà ïðè åãî ðàñïðîñòðàíåíèè ÷åðåç òóðáóëåíòíóþ àòìîñôåðó.
Òàêîå çåðêàëî íàçûâàåòñÿ àäàïòèâíûì.Òóðáóëåíòíûå èñêàæåíèÿ îòñóòñòâóþò äëÿ òåëåñêîïîâ, óñòàíîâëåííûõ íàêîñìè÷åñêèõ ëåòàòåëüíûõ àïïàðàòàõ, íàïðèìåð äëÿ òåëåñêîïà «Õàááë», èìåþùåãî äèàìåòð ïåðâè÷íîãî çåðêàëà 2,4 ì. 1973 ã. â ÑÑÑÐ áûë ïîñòðîåí ñàìûé êðóïíûé â ìèðå òåëåñêîï ñ äèàìåòðîìâîãíóòîãî çåðêàëà 6 ì, êîòîðûé áûë óñòàíîâëåí íà Ñåâåðíîì Êàâêàçå. Íåäàâíîââåäåíû â äåéñòâèå äâà òåëåñêîïà ñ äèàìåòðîì çåðêàëà 10 ì (Ãàâàéñêèå îñòðîâà) è íåñêîëüêî 8-ìåòðîâûõ òåëåñêîïîâ.Íà ðèñ.
14.3 öâ. âêë. ïðèâåäåíà ôîòîãðàôèÿ Åâðîïåéñêîé þæíîé îáñåðâàòîðèè, ðàñïîëîæåííîé íà âåðøèíå ãîðû Ïàðàíàëü (×èëè).  îáñåðâàòîðèè èìåþòñÿ ÷åòûðå 8-ìåòðîâûõ òåëåñêîïà è íåñêîëüêî ìåíüøèõ âñïîìîãàòåëüíûõ òåëåñêîïîâ. Ïðè ñîâìåñòíîé ôîêóñèðîâêå òåëåñêîïîâ óãëîâîå ðàçðåøåíèå ñèñòåìû òåëåñêîïîâ ñòàíîâèòñÿ òàêèì æå, êàê è ó ãðîìàäíîãî (âèðòóàëüíîãî) òåëåñêîïà ñ äèàìåòðîì çåðêàëà îêîëî 200 ì.Ïîñêîëüêó èç êîñìîñà ïîñòîÿííî ïðèõîäèò ðàäèîèçëó÷åíèå, òî äëÿ åãî ïðèåìà è àíàëèçà èñïîëüçóþòñÿ ðàäèîòåëåñêîïû.
Ïåðâûé ðàäèîòåëåñêîï-ðåôëåêòîð ñ äèàìåòðîì çåðêàëà 9,5 ì áûë ïîñòðîåí â ÑØÀ (1937). Ïîñëå ýòîãîâ ðàçíûõ ñòðàíàõ ìèðà áûëè ïîñòðîåíû ðàçíîîáðàçíûå òåëåñêîïû.  ÷àñòíîñòè,â ÑÑÑÐ íà òåððèòîðèè Àðìåíèè áûë óñòàíîâëåí ðåôëåêòîðíûéðàäèîòåëåñêîï ÐÀÒÀÍ-600 ñ îòðàæàþùåé ïîâåðõíîñòüþ â âèäå êîëüöàäèàìåòðîì 600 ì è øèðèíîé 7,5 ì äëÿ ïðèåìà ðàäèîèçëó÷åíèÿ ñ äëèíàìè âîëí0,8 30 ñì.Íà ðèñ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
