Учебник - Оптика - Алешкевич В.А. (1238765), страница 34
Текст из файла (страница 34)
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. 14.4 öâ. âêë. ïðåäñòàâëåíà ôîòîãðàôèÿ ðàäèîòåëåñêîïà (äèàìåòð çåðêàëà 300 ì) ñ íåïîäâèæíîé ÷àøåé, ñîîðóæåííîãî â êðàòåðå âóëêàíà â Àðåñèáî íà îñòðîâå â Ïóýðòî-Ðèêî. Íà âûñîòå 150 ì íàä ÷àøåé íà ñòàëüíûõ òðîñàõóêðåïëåíà ïëàòôîðìà ìàññîé 600 ò, ïî ðåëüñàì êîòîðîé ìîæåò ïåðåìåùàòüñÿóïðàâëÿåìàÿ êîìïüþòåðîì êàáèíà ñ èçëó÷àòåëÿìè è ïðèåìíèêîì. Ýòèì îñóùåñòâëÿåòñÿ íàâåäåíèå òåëåñêîïà íà èññëåäóåìûé îáúåêò. Äëèíà âîëíûèçëó÷åíèÿ 10 ñì.165 ðåæèìå ïðèåìà òåëåñêîï èñïîëüçóåòñÿ êàê ëîêàòîð ïðè êàðòîãðàôèðîâàíèè ïëàíåò.
Èç-çà íåïîäâèæíîñòè àíòåííû íàáëþäåíèÿ âûäåëåííîãî îáúåêòàíå ìîãóò ïðîäîëæàòüñÿ áîëåå 2 ÷.  ðåæèìå ðàäèîèçëó÷åíèÿ ñ åãî ïîìîùüþâûïîëíåíû óíèêàëüíûå ýêñïåðèìåíòû ïî ðàäèîëîêàöèè Ñîëíöà, Ëóíû è ïëàíåò Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû.Ìèêðîñêîï. Ýòîò îïòè÷åñêèé ïðèáîð ñëóæèò äëÿ íàáëþäåíèÿ âåñüìà ìàëûõîáúåêòîâ. Ìèêðîñêîï ñîñòîèò èç îáúåêòèâà è îêóëÿðà, îäíàêî îñíîâíîå óâåëè÷åíèå äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò îáúåêòèâà. Èç-çà äèôðàêöèè ñâåòà íà îáúåêòèâå ñóùåñòâóåò îãðàíè÷åíèå ñíèçó íà ìèíèìàëüíûé ðàçìåð îáúåêòîâ, êîòîðûå ìîæíî íàáëþäàòü â ìèêðîñêîï.
Ýòîò ðàçìåð çàâèñèò îò óñëîâèé îñâåùåíèÿ îáúåêòà.Íåêîãåðåíòíîå îñâåùåíèå. Õîä ëó÷åé îò äâóõ òî÷å÷íûõ ôðàãìåíòîâ 1 è 2 îáúåêòà÷åðåç îáúåêòèâ ìèêðîñêîïà ïîêàçàí íà ðèñ. 14.8.Îáúåêò íàõîäèòñÿ íà ðàññòîÿíèè a âáëèçè ôîêàëüíîé òî÷êè F, à åãî óâåëè÷åííîå è ïåðåâåðíóòîå èçîáðàæåíèå íà ðàññòîÿíèè b ? f. Åñëè îáúåêò îñâåùàåòñÿ ñâåòîì, ïàäàþùèì ñ ðàçíûõ íàïðàâëåíèé, òî ôðàãìåíòû 1 è 2 èñïóñêàþò (îòðàæàþò) ñâåòîâûå íåêîãåðåíòíûå âîëíû. Òîãäà èçîáðàæåíèå ýòèõ ôðàãìåíòîâ áóäåò ïðåäñòàâëÿòü íàëîæåíèå äèôðàêöèîííûõ êàðòèí Ýéðè, ñîîòâåòñòâóþùèõ äèôðàêöèè ñâåòà íà êðóãëîì îòâåðñòèè ñ ðàäèóñîì, ðàâíûì ðàäèóñóîáúåêòèâà.
Ïðè ìàëîì ðàññòîÿíèè d ìåæäó ôðàãìåíòàìè äèñêè Ýéðè ïåðåêðîþòñÿ è ôðàãìåíòû áóäóò íåðàçëè÷èìû.Ðàññ÷èòàåì ìèíèìàëüíîå ðàññòîÿíèå d, âîñïîëüçîâàâøèñü êðèòåðèåì Ðýëåÿ.Äâà èçîáðàæåíèÿ áóäóò ðàçëè÷èìû, åñëè ðàññòîÿíèå ìåæäó íèìèd ¢ = J 0b =0,61l 0b,n ¢r0(14.17)ãäå J0 óãëîâîé ðàçìåð äèñêà Ýéðè; n¢ ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ ñðåäû ñïðàâà îò îáúåêòèâà; r0 ðàäèóñ îáúåêòèâà.Ðàçìåðû îáúåêòà d è åãî èçîáðàæåíèÿ d ¢ ñâÿçàíû óñëîâèåì ñèíóñîâdn sin J = d ¢n ¢ sin J ¢.(14.18)Ïîëàãàÿ â (14.17) r0/b » sin J¢, ñ ó÷åòîì (14.18) ïîëó÷àåì0,61l 0.(14.19)n sin JÂåëè÷èíà n sin J íàçûâàåòñÿ ÷èñëîâîé àïåðòóðîé. Ïîñêîëüêó åå âåëè÷èíà ïîðÿäêà åäèíèöû, òî d ~ l.
Òàêèì îáðàçîì, ìèíèìàëüíîå ðàññòîÿíèå ìåæäó ðàçëè÷íûìè ôðàãìåíòàìè ðàâíî äîëÿì äëèíû ñâåòîâîé âîëíû.  âèäèìîì äèàïàçîíå d ~ 1 ìêì.d =Ðèñ. 14.8166Êîãåðåíòíîå îñâåùåíèå. Òàêîå îñâåùåíèå ìîæíî îñóùåñòâèòü, íàïðèìåð,ïðîñòðàíñòâåííî êîãåðåíòíîé âîëíîé. Èíîãäà îáúåêòû áûâàþò ñàìîñâåòÿùèìèñÿ, ïðè ýòîì ðàäèóñ ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè âîëíû ìîæåò áûòüáîëüøå ìèêðîííûõ ðàçìåðîâ îáúåêòà.  ýòîì ñëó÷àå â ïëîñêîñòè èçîáðàæåíèÿñêëàäûâàþòñÿ ïîëÿ äèôðàãèðîâàâøèõ âîëí. Êðèòåðèé Ðýëåÿ ïðèâîäèò ê ìèíèìàëüíîìó ðàçìåðó d, îïðåäåëÿåìîìó êàê0,77l 0.(14.20)n sin JÒàêèì îáðàçîì, êîãåðåíòíîå îñâåùåíèå íå ïîâûøàåò ïðîñòðàíñòâåííîåðàçðåøåíèå ìèêðîñêîïà.Óìåíüøåíèÿ d â íåñêîëüêî ðàç ìîæíî äîñòè÷ü óâåëè÷åíèåì ÷èñëîâîé àïåðòóðû, çàïîëíÿÿ ïðîñòðàíñòâî ñëåâà îò îáúåêòèâà èììåðñèîííîé æèäêîñòüþñ áîëüøèì ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ.Òåîðèÿ Àááå. Ïðè êîãåðåíòíîì îñâåùåíèè çàäà÷ó ôîðìèðîâàíèÿ èçîáðàæåíèÿ â ìèêðîñêîïå îðèãèíàëüíî ðåøèë íåìåöêèé îïòèê Ý.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
