ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
Градуировка монохроматора
1. Цель работы
Целью работы является изучение методики и средств градуировки монохроматоров по длинам волн и линейной дисперсии, приобретение навыков работы с монохроматорами и спектральными лампами.
2. Подготовка к работе
При подготовке к работе следует проработать следующие вопросы курса "Фотометрия": классификация спектральных приборов; принцип действия и характеристики призменного спектрального прибора; типы призменных диспергирующих систем; способы освещения входной щели спектрального прибора; градуировка спектральных приборов по длинам волн и линейной дисперсии. Дополнительно рекомендуется ознакомиться с п.п. 1.3.1, 1.3.2 ГОСТ 23198-78. Лампы газоразрядные. Метода измерения спектральных и цветовых характеристик.
Контрольные вопросы для подготовки
Что является целью градуировки монохроматора?
Какие источники излучения могут быть использованы для градуировки монохроматора по длинам волн и линейной дисперсии?
Каким образом изменяется длина волны излучения, выходящего из монохроматора?
Почему градуировку по длинам волн целесообразно начинать с визуальной градуировки? Почему нельзя ею ограничиться?
Что понимается под линейной дисперсией монохроматора?
Параметрами каких элементов спектральных приборов определяется их линейная дисперсия?
Какими способами можно измерить линейную дисперсию?
Из каких соображений выбирается ширина щелей при проведении градуировки по длинам волн?
Из каких соображений выбирается ширина щелей монохроматора при определении линейной дисперсии разными способами?
Как можно уменьшить влияние остаточной хроматической аберрации при работе с монохроматором?
3. Описание установки
Универсальный монохроматор УМ-2 (рис. 7.1) имеет стеклянную оптику и предназначен для работы в диапазоне от 380 до 1000 нм. В качестве диспергирующего элемента используется призма постоянного отклонения Аббе, благодаря чему оси входного и выходного коллиматоров расположены под углом 90°. Призма Аббе состоит из трех частей: двух 30-градусных призм и призмы полного внутреннего отражения. 30-градусные призмы выполняются из стекла ТФ-1 или ТФ-3 с достаточно большой дисперсией в видимой части спектра. Средняя призма (призма полного внутреннего отражения) изготовлена из более прозрачного стекла К-8. В монохроматоре применяются два одинаковых ахроматических объектива с фокусным расстоянием 280 мм и относительным отверстием 1:6,2. Остаточный хроматизм объективов компенсируется фокусировкой объектива входного коллиматора.
Рис. 7.2. К измерению линейной дисперсии фотоэлектрическим методом
Переход от одной области спектра к другой осуществляется вращением барабана длин волн, связанного с поворотом призмы. На барабане нанесена шкала поворота в градусах N, которая нуждается в градуировке по длинам волн.
Ширина входной и выходной щелей монохроматора УМ-2 регулируется микрометрическими винтами с ценой деления 0,01 мм.
Вместо выходной щели в приборе может устанавливаться зрительная насадка, превращающая его в спектроскоп.
При фотоэлектрической регистрации спектра за выходной щелью монохроматора устанавливается либо фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), либо вакуумный фотоэлемент (ФЭ). Питание приемников излучения осуществляется от стабилизированных источников, например ФЭУ - от высоковольтного источника ВС-22, ФЗ - от источника Б5-43.
Измерение фототока ФЭ производится с помощью электрометрического усилителя У5-9 и цифрового вольтметра В7-27 по падению напряжения на образцовом входном резисторе усилителя. Электрометрический усилитель обеспечивает согласование источника сигнала (ФЭ), имеющего большое выходное сопротивление, с регистрирующим прибором. Ток фотоэлектронного умножителя регистрируется микроамперметром Ф-195.
Для градуировки монохроматора используются спектральные лампы различных типов, имеющие линейчатый спектр излучения. В ближней УФ и видимой областях спектра удобно использовать лампы с разрядом в парах ртути и кадмия, в красной и ближней ИК-областях - лампы с разрядом в парах щелочных металлов (Nа, Cs). Основные линии спектров излучения газоразрядных ламп с различным наполнением приведены в таблице.
Спектральные лампы типов ДРС 50, ДКдС 20, ДЦнС 20, ДТс 15, ДНаС 18, ДЦзС 16, предназначенные для эксплуатации в сетях переменного тока с частотой 50 Гц, включаются в сеть последовательно с дросселем, находящимся в пульте питания. На лицевой панели этого пульта имеются переключатель ламп и их общий выключатель.
Питание высокочастотных безэлектродных ламп ВСБ-2 осуществляется током высокой частоты (около 100 МГц) от прибора питания ППБЛ-ЗМ. Максимально допустимые значения тока генератора для ламп с разным наполнением указаны на лабораторном стенде.
В комплект установки входят конденсор и антивиньетирующая линза, установленная вплотную к щели прибора. Линза создает изображение конденсора в плоскости объектива входного коллиматора и обеспечивает полное заполнение входной апертуры монохроматора и отсутствие виньетирования. Конденсор и источник света устанавливаются на рельсе перед входной щелью монохроматора так, чтобы получить изображение источника в плоскости входной щели.