Описание оптических деталей монохроматора

Источник излучения.

В лампах с ртутным наполнением давление паров ртути сильно влияет на спектральный состав и интенсивность излучения. Ртутно-кварцевые лампы излучают свет видимой и ультрафиолетовой области спектра. Разрядный промежуток имеет малые размеры и очень большую яркость, что создает возможность использования ламп в различных оптических приборах для получения узкого пучка света большой интенсивности.

Недостатки ртутных ламп: высокое напряжение поджига и необходимость охлаждения ламп перед повторным и включением.

Лампа ДРС-50 дает спектр из раздельных линий, лежащих в диапазоне .

Ртутная газоразрядная лампа сверхвысокого давления является неравноярким излучателем, а ее коэффициент яркости зависит от типа лампы .

Конденсоры.

Конденсор служит для отклонения к оси пучков лучей, идущих от источника света.

Основными параметрами конденсора являются угол охвата и линейное увеличение . Зная эти параметры, полученные из габаритного расчета, можно выбрать схему конденсора. В оптико-электронных приборах в основном находят применение линзовые конденсоры.

При конструировании узлов конденсоров наряду с способами крепления резьбовыми кольцами или завальцовкой широко используются и другие более простые способы, которые вполне удовлетворяют требованиям к качеству закрепления линз.

Крепление проволочным кольцом применяют в тех случаях, когда нет жестких требований к точности центровки, прочности и герметичности закрепления.

Крепление круглых оптических деталей лапками, кольцами с лапками или пружинными планками применяют в случае невозможности установки зажимного резьбового кольца по конструктивным соображениям, а также для деталей, работающих в условиях резких колебаний температур, что обычно имеет место в конденсорах передающих оптических систем,

В отдельных случаях в качестве конденсоров могут быть использованы сферические или асферические зеркала, В этих случаях узлы конденсоров конструируются в соответствии с правилами конструирования узлов крепления зеркал.

Объектив.

В монохроматорах с линзовыми объективами, вследствие наличия хроматизма положения, возникает необходимость фокусировки объективов на каждом участке спектра. В старых моделях монохроматоров эта операция выполняется простым способом. Оправы объективов имеют внешнюю резьбу, с помощью которой они навинчиваются на концы коллиматорных труб. Вращая оправы в ту или иную сторону, можно приближать

объективы к шелям или удалять от них. Отсчет перемещения объективов вдоль оптической оси производится по круговой шкале, нанесенной на оправах. В паспорте монохроматора обычно приводится таблица, руководствуясь которой можно производить фокусировку объективов. В более совершенных моделях операция фокусировки соединена с операцией установки на длину волны и производится одновременно. Для этого механизм, перемещающий объективы, кинематически связывается с механизмом для вращения призменного столика.

К важнейшим габаритным параметрам объектива относятся: диаметр входного зрачка , фокусное расстояние . относительное отверстие , угловое поле , длина оптической системы объектива , задний фокальный отрезок .

Основными энергетическими показателями являются коэффициент пропускания , спектральная характеристика пропускания , а иногда геометрическая светосила , физическая светосила квадр и коэффициент усиления кот объектива оптической системы .

Важное значение при выборе объектива имеет анализ параметров и характеристик, определяющих качество оптического изображения. Критериями качества объектива могут служить его аберрации, зная которые, можно найти диаметр кружка рассеяния и распределения энергии в нем. К конструкциям объективов предъявляют следующие требования. Они должны обеспечивать: возможность подвижки всего объектива вдоль оптической оси в целях совмещения плоскости изображения (например, фокальной) с плоскостью анализа; взаимное перемещение компонентов объективов для компенсации погрешностей выполнения их фокусного расстояния;

центрировку объектива; совмещение оптической оси объектива с геометрической осью прибора.

Простыми по конструкции и широко применяемыми являются двухлинзовые склеенные и несклеенные объективы. Их устанавливают в оправе. Для крепления линз объективов обычно используют резьбовые кольца. Резьбовые кольца выполняются с наружной и внутренней резьбой. Размеры колец определяют на основе требуемого светового диаметра и шага применяемой резьбы.

Конструкция оправы для крепления объектива обуславливается способом крепления и числом устанавливаемых в нее деталей, а также характером установки оправы в приборе. Наиболее распространенными являются круглые оправы, так как они просты по конструкции и технологичны.

Щели.

Щели ограничивают входящий и выходящий пучки, имеете с другими факторами определяют энергию выходящего пучка и его спектральную ширину. К щелям можно предъявить следующие требования:

1) Ширина щели по всей ее высоте должна быть одинакова;

2) Края щелей не должны иметь зазубрин и должны лежать в одной плоскости.

3) Ширина и высота щели должны быть постоянными.

4) Механизм, управляющий раскрытием щели должен обеспечивать плавное и симметричное движение ножей и быть достаточно точным; если минимальная ширина щели составляет несколько сотых долей миллиметра, то раскрытие щели должно воспроизводиться с точностью до 0,001-0,002мм.

Призма.

С помощью призм в оптико-электронных приборах решают самые разнообразные задачи: изменяют направление пучков лучей; оборачивают изображения; разделяют или совмещают пучки лучей; компенсируют сдвиг или поворот изображения; разлагают оптическое излучение в спектр. Их применение позволят уменьшить габаритные размеры прибора.

В системах, где требуется обеспечить несколько отражений, использование призм наиболее предпочтительно, поскольку они имеют высокую жесткость. Отражающие покрытия призм всегда являются внутренними и вследствие этого не требуют специальной защиты и устойчивы к внешним воздействиям. Во многих призмах возможно использование эффекта полного внутреннего отражения, что выгодно с энергетической точки зрения.

Однако призменным системам свойственны потери энергии на входных, выходных и отражающих гранях, а также в толще пропускающего материала.

Наиболее широко используются отражательные призмы. Основными конструктивными элементами отражательных призм являются рабочие грани: преломляющие, через которые пучки лучей входят в призму и выходят из нее, и отражающие; угол отклонения выходящего из призмы осевого луча относительно входящего; углы между гранями призмы; наибольший световой диаметр призмы; геометрическая длина хода лучей в призме; фаски на ребрах призмы.

При креплении призм используются установочные винты, пружины, накладки, планки, угольники, стойки, шпонки и другие элементы. Иногда призмы крепят приклеиванием. Крепление призмы плоской пружиной целесообразно выполнять, если призма устанавливается в гнездо корпуса. Достоинствами способа являются надежность фиксации и отсутствие деформаций в призме при изменении температуры Для более надежной фиксации призмы в корпусе и предотвращения ее поперечных смещений помимо пружины

могут быть использованы установочные винты и эластичные

прокладки.

При конструировании узлов крепления призм следует учитывать

необходимость их юстировки. В процессе разработки

оптической части прибора обычно определяется характер

котировочных движений оптических деталей и их диапазон,

поэтому соответствующие юстировки детали при

конструировании ее оправы известны заранее.

В простейшем случае для юстировки оптической детали могут

оказаться достаточными подвижки оправы в зазорах крепежных

отверстий или размещение в определенной точке посадочной

поверхности прокладок из фольги.

Небольшие перемещения детали могут быть обеспечены с

помощью установочных винтов. Если указанных перемещений

для юстировки системы недостаточно, конструкция узла

крепления усложняется. При этом обычно перемещается или

разворачивается оправа вместе с деталью.

Габаритный расчёт.

Расчёт щелей.

Минимальные размеры входной и выходной щели монохроматора.

Размеры входной щели определяются из следующих соображений.

Чем меньше ширина S входной и выходной щели монохроматора, тем выше предел разрешения. Но минимальный размер ограничивается дифракцией. Поэтому минимальный размер щели, при котором можно пренебречь дифракционным уширением равен:

, (1.1.)