Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов специальности “Оптическо-электронные приборы и системы”. “Призменный монохроматор”, страница 2

6. При размещении и креплении отдельных деталей на сборочном чертеже строго соблюдать их взаимное расположение согласно оптической схеме и выбранный масштаб.

7. Составить подробную спецификацию (до отдельных элементов крепления).

8. На сборочном чертеже должны быть габаритные размеры и присоединительные размеры с указанием допусков.

Теоретическая часть

Призменный монохроматор, как спектральный прибор, предназначен для анализа спектрального состава (спектра) излучения, в данном случае излучения, испускаемого дуговой ртутной лампой.

Принцип работы прибора основан на упорядочном расположении в пространстве излучения различных длин волн. Это достигается с помощью дисперсионной призмы, изготовленной из оптического стекла с большой средней дисперсией.

Типовая оптическая схема монохроматора представлена на рис. 1.

Рис. 1. Оптическая схема монохроматора.

Излучение, испускаемое ртутной лампой 1 в телесном угле 2U, собирается однолинзовым конденсором 2 в плоскости входной щели 3 монохроматора. Входная щель находится в фокальной плоскости объектива 4, направляющего параллельный пучок лучей на дисперсионную трехгранную призму 5 с углом при вершине А=60⁰. Призма отклоняет лучи на различные углы в зависимости от длины волны излучения l.

Размеры входной щели монохроматора определяют исходя из следующих соображений. Чем меньше ширина S входной и выходной щели, тем выше предел разрешения прибора. Однако минимальный размер ограничивается дифракционными явлениями. Поэтому минимальное значение ширины входной щели, когда дифракционным уширением можно пренебречь, будет равна

S_min = λ ∙ f´_об1 / D_св1 ,                                               (1)

где  l - максимальная длина волны спектра;

f_об1 - фокусное расстояние объектива (переднего);

D_св.1 - световой диаметр объектива.

Высота входной щели  зависит от угла поля зрения переднего объектива и определяется выражением

H₁ = 2f´_об1 ∙ tgω ,                                          (2)

где f´_об1 - фокусное расстояние переднего объектива;

w- половина угла поля зрения этого объектива.

Исходя из полученных данных и зная габаритные размеры источника излучения, можно определить основные параметры конденсора:

-  увеличение конденсора  будет равно

,                                                           (3)

где H - высота источника излучения (дуги);

-  переднее фокусное расстояние конденсора  определяется из выражения

,                                         (4)

где  x - расстояние от фокальной плоскости конденсора до источника излучения (рабочий отрезок); выбирается из конструктивных соображений (x ³ D_колбы /2);

-- т. к. конденсор находится в однородной среде, то

f_k^’= -f_k , где f_k^’- заднее фокусное расстояние;              

-  положение конденсора (его главной плоскости) относительно источника излучения (предметная плоскость)

a_k=f_k+x ;                                             (5)

-  положение конденсора относительно входной щели монохроматора (плоскость изображения)  из формулы

 

                                  (6)

с учетом знаков;

-  световой диаметр конденсора

D_св.к. = а´_k ∙ D_св.об.1 / f´_об1 ,                             (7)

где D_св.об.1 - световой диаметр переднего объектива,

f´_об.1 - фокусное расстояние объектива;

-  угол охвата конденсора 2U  из формулы

tgU=D_св.к /2а_к                                    (8)

Призма является основным элементом оптической части прибора.

Параллельный световой пучок, проходя через призму и отклоняясь к ее основанию, разлагается на монохроматические составляющие. При этом пучки с меньшей длиной волны отклоняются сильнее. В основе этого явления лежит зависимость показателя преломления n материала призмы от длины l,  т.е. средняя дисперсия материала.