5.13 (810522), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Установка решёткиНеобходимость дополнительной настройки столика с решёткой связана с тем, что плоскость решётки может быть не перпендикулярна еёоснованию, и тогда при повороте зрительной трубы спектры дальнихпорядков могут уйти из поля зрения.2. Настроив гониометр, установите решётку на столике так, чтобы её плоскость была перпендикулярна оси коллиматора, перпендикулярна одномуиз винтов 8 и параллельна другому.3. Установив начальное положение трубы (против коллиматора) на 180 ◦и вращая только верхнюю часть столика (винт 26 закреплён, чтобы несбилась настройка нуля), найдите ахроматическое (белое) изображениещели коллиматора.2 Речь идет о линейной решётке (100 штр/мм). Растровые решётки, выполненныев виде отдельных квадратиков, для качественных наблюдений неудобны.84.
Винтом 8, перпендикулярным плоскости решётки, установите короткоеизображение щели на центр поля зрения.Отводя алидаду в сторону от коллиматора, найдите в трубе спектрсамого дальнего порядка и вторым винтом 8 (параллельным плоскостирешётки) снова приведите изображение щели к центру.Вернитесь к ахроматическому изображению щели и проверьте результат. При необходимости снова подстройте столик винтом, перпендикулярным плоскости решётки. Повторяя процедуру, методом последовательных приближений добейтесь того, чтобы при повороте трубыизображение щели и спектр уходили не больше, чем на треть радиусаполя зрения.5. Закончив настройку, подберите ширину входной щели так, чтобы хорошо разрешались линии жёлтого дублета (ширина изображения щеличуть больше промежутка между линиями двойного штриха окуляра).Установите высоту щели, удобную для измерений (при короткой щели плохо виден двойной штрих, при слишком высокой — мешает кривизна изображения).IV.
Исследование спектра ртутной лампы6. Измерьте угловые координаты спектральных линий ртути в одном изпорядков. Картина и характеристики интенсивности спектра ртутнойлампы приведены в работе 5.4 и в ТО (рис. 4 и табл. 1).При выполнении опыта плоскость решётки остаётся перпендикулярной оси коллиматора, а зрительная труба поворачивается так, чтобыотсчётный крест окуляра гониометра был совмещён с исследуемой спектральной линией.Перед началом измерений следует убедиться в справедливости формулы (1). Для этого определите углы дифракции для одной из яркихлиний спектра в разных порядках и убедитесь, что sin ϕm ∼ m.
Еслиформула (1) на опыте не подтверждается, следует выяснить причину.При измерениях отмечайте угловую координату каждой из линий,описанных в ТО, не усредняя результата для дублетов и триплетов. Еслипри перемещении по спектру заметно нарушается резкость изображения,подстройте объектив зрительной трубы винтом 11.Зарисуйте расположение элементов оптической схемы гониометра.7. Для оценки дисперсии решётки определите угловые координаты линийжёлтого дублета во всех видимых порядках.8. Для оценки разрешающей способности измерьте угловую ширину одной из линий жёлтого дублета, предварительно установив минимальновозможную ширину входной щели. Если точное измерение ширины отдельной линии затруднено, оцените на глаз, во сколько раз расстояние99между линиями дублета больше полуширины одной линии, и рассчитайте аппаратную полуширину линии δλ.V.
Зависимость разрешающей силы от ширины пучка9. Настройте зрительную трубу на жёлтый дублет.10. Держа в руке дополнительную щель с микрометрическим винтом и рассматривая сквозь неё любой светящийся объект, определите начало отсчёта — момент открытия щели. Повторите процедуру определения нуля, каждый раз открывая щель всё медленнее.11. Откройте щель пошире и укрепите её на коллиматорном объективе.Уменьшая ширину щели, добейтесь предельного разрешения жёлтогодублета и запишите показания микрометрического винта щели.12.
Зная разность длин волн для жёлтого дублета, на месте рассчитайтеразрешающую способность в этом эксперименте, оцените число эффективно работающих штрихов по формуле (9) и число штрихов на мм.VI. Обработка результатов1. Для выбранного порядка m рассчитайте углы дифракции ϕm и постройте график зависимости sin ϕm от длины волны. Определите по углу наклона графика период решётки d, используя формулу (1). Оцените погрешность результата.2.
Рассчитайте угловую дисперсию по формуле (3) для жёлтого дублетав спектрах разных порядков (в угловых секундах на ангстрем). Сравните результаты между собой и с теоретическим значением, рассчитаннымпо формуле (5).3. Оцените экспериментальную разрешающую способность. Пользуясь формулой (9), оцените размер освещённой части решётки.A0 -Ω' 90◦ AOψKdΩNплNгрϕmUqC qB0 -6ψBqDϕ0j2ΩϕбNплϕm zОбъектив- iзр. трубыI1 (ϕ)0z/ m=1qI(ϕ)−123Рис. 5. Распределение интенсивности в спектре эшелетаВ современных спектральных приборах широко используются отражательные решётки с треугольным профилем штриха, т.
к. они способны концентрировать дифрагированное излучение (до 70–80 % мощностипадающего излучения) в определённом (не нулевом) порядке.Отражательная решётка с треугольным профилем штриха (рис. 5),в которой угол Ω между рабочей гранью и плоскостью решётки (уголскоса) не превышает 20◦ , называется эшелетом (от фр. echelle — лестница). Рабочий порядок спектра, в котором концентрируется излучение,зависит от угла скоса и периода решётки и обычно невелик: m . 10. Число штрихов на миллиметр n =1200–0,3 штр/мм.Если угол скоса Ω лежит в пределах 20−60◦ , решётка носит названиеэшелле. Рабочий порядок в такой решётке m = 5–500, а число штриховn = 10–100 штр/мм.Теория отражательной решётки во многом сходна с теорией прозрачной (амплитудной) решётки.Пусть на решётку падает плоская монохроматическая волна (λ) подуглом ψ, который отсчитывается от нормали Nпл к плоскости решётки(рис.
5). Нас интересует распределение интенсивности волны, отражённой от решётки, в точке наблюдения, удалённой на бесконечность (в фокальной плоскости объектива зрительной трубы). На рис. 5 пунктирнаякривая показывает распределение интенсивности I1 (ϕ) света, дифрагировавшего на одной грани решётки, в зависимости от угла наблюденияϕ. Все минимумы этой функции эквидистантны, боковые максимумы существенно меньше центрального.
Угол, под которым наблюдается максимум интенсивности функции I1 (ϕ), соответствует зеркальному отраже-1011Б. ИЗУЧЕНИЕ ФАЗОВОЙ РЕШЁТКИ (ЭШЕЛЕТ)нию падающего луча от грани и называется углом блеска ϕб . Посколькуугол между нормалью к плоскости решётки Nпл и нормалью к грани Nгрравен углу скоса Ω, ясно, что угол блескаϕб = ψ + 2Ω.(13)Суммарная амплитуда поля в бесконечно удалённой точке определяется, согласно принципу Гюйгенса–Френеля, суперпозицией волн, приходящих от различных граней решётки. На рис. 5 сплошная кривая показывает зависимость суммарной интенсивности света I(ϕ) от угла наблюдения. Распределение I(ϕ) имеет ряд резких максимумов.Амплитуда поля в точке наблюдения максимальна, когда волны, приходящие от всех граней, оказываются в фазе.
При этом разность хода ∆двух лучей A0 A и B 0 B, отражённых от соседних граней, кратна λ. Каквидно из рис. 5, эта разность хода∆ = AC − BD = d (sin ϕm − sin ψ) = m λ,где d — период решётки, ϕm — угол, под которым наблюдается максимум, m — порядок спектра.Будем считать углы положительными, если они отсчитываются против часовой стрелки от нормали Nпл , и отрицательными, если наоборот.С учётом принятого правила знаков условие дифракционного максимума для отражательной решётки примет видd(sin ϕm + sin ψ) = mλ.(14)Если известна рабочая длина волны λр , вблизи которой локализован исследуемый спектр, выбраны шаг решётки d и рабочий порядок спектраmр , удобные для последующих измерений, то соотношение (15) определяет угол скоса рабочей грани, который нужно реализовать при изготовлении эшелета. В этом случае исследуемый спектр будет наиболееярким при работе в автоколлимационном режиме; в техническом паспорте эшелета указаны соответствующие значения mр и λр .На рис.
5 приведена примерная зависимость интенсивности света отугла наблюдения для эшелета, предназначенного для работы в первомпорядке. Наш эшелет отражает в спектр первого порядка до 60% мощности падающего излучения. Напомним, что спектр обычной амплитуднойрешётки наиболее интенсивен в нулевом порядке, где дисперсия D = 0.Кроме того, в амплитудной решётке неизбежны значительные потерисвета, связанные с его поглощением непрозрачными участками решётки, размер которых существенно больше размера прозрачных участков.Легко проверить, что разрешающая способность R и дисперсионнаяобласть G для эшелета вычисляются так же, как для амплитудной решётки. Для оценки угловой полуширины δϕm спектрального максимумавоспользуемся методом векторных диаграмм. Амплитуду поля, пришедшего в бесконечно удалённую точку от граней решётки, будем изображать векторами En , где n изменяется от единицы до N (N — числоотражающих граней).
Длины векторов одинаковы для каждой грани,а угол θ между двумя соседними векторами зависит от разности хода:θ = 2π∆/λ.в) kб)а)K6π∆ϕ :2π/N?]6 92π/36IEN UE3 /E2 z -3-На рис. 5 угол ψ < 0, угол ϕm > 0, порядок спектра положителен длямаксимумов, лежащих правее нулевого, если смотреть навстречу дифрагировавшим лучам. Как следует из (14), m = 0 при ϕ0 = −ψ.Изменяя угол падения света на эшелет, можно добиться того, чтобыугол блеска (13) совпал с углом дифракции спектра одного из порядков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
