Спектры. Спектрографы. Устройство спектрального аппарата

1.

Спектры.
Спектрографы. Устройство
спектрального аппарата
Сережа
Ваня

2.

Спектры
• Спектр (лат. spectrum «виде́ние») - скалярная функция частоты, длина волны или, реже, другой физической
величины (например, энергии), определяющая «относительную представленность» значений данной величины
в изучаемом объекте: сложном сигнале, многокомпонентной среде и пр...
• Обычно под спектром подразумевается электромагнитный (или акустический) спектр, задающий
распределение частот/длин волн электромагнитных волн.
• Форма спектра показывает, в какой мере в сигнале представлены синие, зеленые и другие цвета (или
ультразвуковые, слышимые и другие волны).
• Иногда под спектром понимают не распределение целиком, а просто набор или диапазон возможных в
конкретной системе частот, длин волн, энергий, масс без указания вероятностей их реализации (например,
говорят о спектре энергий частицы в квантовой яме).
• Размерность спектра — это размерность объёмной плотности энергии или поверхностной плотности мощности,
делённая на размерность аргумента.

3.

• В научный обиход термин «спектр» ввёл Иссак Ньютон в 1671—1672 годах для обозначения
многоцветной полосы, похожей на радугу.
• Ньютон направил луч от солнечного света через стеклянную треугольную призму и обнаружил, что
белый луч Солнца превратился в радугу, похожую на ту, которая возникает после дождя. Дело в том, что
Солнце испускает лучи не какой-то определённой длины волны, а лучи всего спектра – и радиоволны, и
инфракрасное излучение, и видимое, и ультрафиолетовое, и рентгеновское.
Исаак Ньютон (04.09.1643 – 31.03.1727 гг.)

4.

Спектрографы
• Спектрограф - это прибор, который разделяет свет по длинам
волн и записывает эти данные. Спектрограф обычно имеет
многоканальную детекторную систему или камеру, которая
обнаруживает и записывает спектр света. Этот термин впервые
был использован в 1876 году доктором Генри Дрейпером, когда
он изобрел самую раннюю версию этого устройства и с его
помощью сделал несколько фотографий спектра Веги.
• Спектр Веги

5.

Классификация
• По типу оптических схем:
• Устройства, имеющие оформленные отдельно коллиматорную и камерную трубы
• Автоколлимационные приборы, где коллиматор и камера конструктивно соединены
По способу регистрации спектра:
• Визуальные (спектроскопы)
• Фотографические (спектрографы)
• Фотоэлектрические (монохроматоры и полихроматоры)
По назначению:
• Монохроматоры – выделяющие узкую спектральную область или спектральную линию
• Полихроматоры, выделяющие одновременно несколько узких областей спектра или несколько спектральных линий
• Спектрографы и спектроскопы, позволяющие получать или наблюдать одновременно широкие области спектра
• Спектрометры – приборы, сканирующие спектры при помощи фотоэлектрического или теплового приемника и регистрирующе
устройства

6.

Устройство спектрального аппарата
В состав типового прибора, регистрирующего спектры видимого излучения и УФ, входят следующие
обязательные элементы:
• Защитный корпус с размещенной в нем оптической щелью прибора.
• Призма, используемая для разложения света в спектральный ряд.
• Дифракционная решетка.
• Приёмник излучения.
Приёмниками излучения могут быть фотоматериалы, фотоприёмники (ПЗС-матрицы или линейки).

7.

Оптическая щель прибора предназначена для ограничения светового потока в
определенных границах, достаточных для воздействия на оптическую область
регистратора.
Дифракционная решетка устанавливается только в нескольких типах
спектрометров, таких, в частности, как измеритель блеска. С её помощью можно
определить угол, под которым располагаются блестящие зоны, а также измерять
частоты так называемых «световых штрихов».
Простейший спектрограф работает по принципу, описываемому следующей
последовательностью операций:
• Сначала пучок исследуемого излучения попадает в оптическую щель прибора,
где из него формируется луч нужной интенсивности.
• Затем он падает на призму и разлагается в ней на несколько составляющих
полного спектра излучения.
• После этого он попадает на фотопластинку, на которой в виде отдельных
полосок отчетливо выделяются все частотные составляющие излучающего
источника.

8.

Применение спектрального аппарата
Спектральные приборы используются для анализа света и
разделения его на различные составляющие, называемые
спектральными линиями.
Спектрограф в качестве аналитического прибора часто востребован
при проведении научных исследований, а также при необходимости
решения технических задач, связанных с анализом спектра
различных источников света. Благодаря своим функциональным
возможностям эти приборы применяются для самых различных
целей, основные из которых это:
• Химическое производство и нефтехимическая отрасль.
• Медицина и фармацевтика.
• Электронная и микроэлектронная промышленности.
• Пищевое производство и парфюмерия.