Большая Советская Энциклопедия (СП) - БСЭ БСЭ

Рис. 4. Блок-схема однолучевого одноканального спектрального прибора: И — источник излучения; М — оптический модулятор (обтюратор); О — исследуемый образец; Ф — сканирующий фильтр (монохроматор); П — фотоэлектрический приёмник излучения; У — усилитель и преобразователь сигналов приёмника; Р — аналоговый или цифровой регистратор.

Рис. 5. Схема «оптического нуля» двухлучевого одноканального спектрофотометра: К — оптический клин; остальные обозначения аналогичны приведённым на рис. 4.

Рис. 9. ИК-спектры поглощения паров воды на участке 200—250 см, полученные с помощью фурье-спектрометра при различных оптических разностях хода D в интерферометре. Чем больше D (т. е. чем больше затрачено времени на сканирование по D), тем больше деталей можно выявить в исследуемом участке спектра. При D= 4 см спектральное разрешение dl=2/D=0,5 см-1.

Рис. 8. Гиперболический растр Жерара. Тёмные полосы — зеркальные и растр попеременно работает то в проходящем, то в отражённом свете.

Рис. 6. Инфракрасный двухлучевой спектрофотометр ИКС-29 среднего класса, автоматически регистрирующий спектры пропускания T(n) (или отражения при введении в прибор специальных приставок). Рабочий диапазон 4000—400 см-1 (2,5 — 25 мкм), погрешности измерений DТ = ± 1%, Dn » ± 1 см-1 при R » 1000 (в середине рабочего диапазона). Источник излучения — силитовый стержень (глобар), нагреваемый до 1400°С, располагается в отсеке 1; 2 — кюветное отделение двухлучевого фотометра с двумя держателями образцов; 3 — отсек монохроматора, работающего на двух сменных репликах, и приёмника — болометра БМК-З. Сверху (4) размещен самописец и система управления прибором.

Рис. 2. Классификация методов спектрометрии по способам разделения длин волн. Контуры шириной dl символически изображают аппаратные функции (АФ). В «классических» методах (1 и 2) эти контуры описывают способность прибора пространственно разделять длины волн. В «новых» методах (3 и 4) АФ описывают способность прибора электрически разделять длины волн, кодированные различным образом в оптической части. В одноканальных методах (1 и 3) применяется сканирование (символ ®), в многоканальных (2 и 4 ) сканирование отсутствует, и измерение интенсивностей излучения ряда длин волн l', l'', l''',... производится одновременно. Внутри каждой группы указаны краткие названия основных типов спектральных приборов, относящихся к данной группе.

Рис. 1. Результат измерений F(l) исследуемого спектра f(l) прибором с аппаратной функцией а(l—l') описывается интегралом, называемым свёрткой функции f с функцией а. Процесс свёртки можно имитировать изменением площади отверстия при относительном перемещении (сканировании) экранов 1 и 2. Чем меньше ширина dl функции а(l—l'), тем точнее прибор передаёт истинный контур f(l). Тождество F(l)ºf(l) достигается лишь при бесконечно узкой аппаратной функции (dl®0).

Спектральные призмы

Спектра'льные при'змы, дисперсионные призмы, один из классов призм оптических; служат для пространственного разделения (разложения в спектр) излучений оптического диапазона, различающихся длинами волн. Принцип действия С. п., основанный на явлении дисперсии света, и материалы для С. п. описаны в ст. Дисперсионные призмы. Наиболее употребительны следующие С. п. (рис.):

  1) Простая трёхгранная призма с преломляющим углом a = 60°.

  2) Призма Корню, представляющая собой соединение на оптическом контакте двух прямоугольных призм, вырезанных из лево- и правовращающего кварца (см. Оптическая активность, Оптически-активные вещества) так, что кристаллографические оси параллельны основаниям призм. В призме Корню компенсируются двойное лучепреломление и вращение плоскости поляризации, что улучшает качество спектра. В автоколлимационных приборах (см. Автоколлимация) того же эффекта достигают, применяя одну половину призмы Корню, задняя поверхность которой покрыта отражающим слоем.

  3) Призма Аббе, в которой разложение в спектр сопровождается отклонением пучка лучей на 90°.

  4) Призма Розерфорда из трёх склеенных призм, увеличивающая угловую дисперсию за счёт большого преломляющего угла (100°) при сравнительно малых потерях на отражение.

  5) Призма прямого зрения (Амичи), состоящая из трёх или более склеенных призм. Один из средних лучей спектра проходит призму Амичи без отклонения; лучи с большей или меньшей длиной волны отклоняются в стороны от этого среднего луча. Оптическая ось в приборах с призмой Амичи не имеет излома, типичного для большинства спектральных приборов .

  К С. п. относится и призма Фери, при использовании которой наряду с разложением в спектр пучка лучей происходит его фокусировка. Это достигается благодаря тому, что рабочие грани призмы искривлены и одна из них является зеркалом, т. к. на неё нанесено металлическое покрытие. При радиусе кривизны выходной поверхности R спектр располагается на окружности радиуса R/2.

  До 70-х гг. 20 в. С. п. чрезвычайно широко применялись в спектральных приборах. Затем наметилась тенденция к замене их во многих случаях диспергирующими элементами др. типов.

  Л. Н. Капорский.

Спектральные призмы: 1 — простая трёхгранная призма с преломляющим углом a = 60°; 2 — призма Корню; преломляющие углы a1 обеих прямоугольных призм, из которых она состоит, равны 30°; 3 — призма Аббе, включающая две прямоугольные призмы с преломляющими углами a1 = 30°, приклеенные к граням равнобедренной (a2 = 45°) прямоугольной отражательной призмы; показатели преломления всех трёх призм одинаковы (n1 = n2). Если луч света падает на призму Аббе так, что в отражательную призму он входит под углом, близким к нормали, его отклонение от первоначального направления при выходе из последней призмы составляет около 90°; 4 — призма Розерфорда. Центральная призма с преломляющим углом(a2 = 100° изготовляется из стекла (флинт) с большим показателем преломления n2, две боковые призмы — из стекла (крон) с малым n1, a1 = 21°; 5 — трёхкомпонентная призма Амичи. Боковые призмы изготовляются из крона, средняя — из флинта (n2 > n1); a1 = a2 = 90°. Стрелками в случаях 1, 3, 5 показан ход луча света.

Спектральные серии

Спектра'льные се'рии, группы спектральных линий в спектрах атомов, подчиняющиеся определённым закономерностям. Линии данной С. с. в спектрах испускания возникают при всех разрешенных квантовых переходах с различных начальных верхних энергетических уровней энергии атома на один и тот же конечный нижний уровень (в спектрах поглощения — при обратных переходах). Волновые числа линий С. с. подчиняются определённым закономерностям и сходятся к границе серии (см. рис. 1 в ст. Атом). Наиболее четко С. с. выделяются в спектрах водорода и водородоподобных атомов, гелия, щелочных металлов (серии Лаймана, Бальмера, Пашена, Брэкета, Пфаунда и Хамфри для Н; главная, диффузная и резкая серии для щелочных металлов; см. Атомные спектры).

Спектральный анализ (в линейной алгебре)

Спектра'льный ана'лиз линейных операторов, обобщение выросшей из задач механики теории собственных значений и собственных векторов матриц (т. е. линейных преобразований в конечномерном пространстве) на бесконечномерный случай (см. Линейный оператор, Операторов теория). В теории колебаний изучается движение системы с n степенями свободы в окрестности положения устойчивого равновесия, которое описывается системой линейных дифференциальных уравнений вида , где х есть n-мерный вектор отклонений обобщённых координат системы от их равновесных значений, а А — симметрическая положительно определённая матрица. Такое движение может быть представлено в виде наложения n гармонических колебаний (т. н. нормальных колебаний) с круговыми частотами, равными корням квадратным из всевозможных собственных значений l k матрицы А. Нахождение нормальных колебаний системы здесь сводится к нахождению всех собственных значений lk; и собственных векторов xk матрицы А. Совокупность всех собственных значений матрицы называют её спектром. Если матрица А — симметрическая, то её спектр состоит из n действительных чисел l1, ..., ln (некоторые из них могут совпадать друг с другом), а сама матрица с помощью перехода к новой системе координат может быть приведена к диагональному виду, т. е. отвечающее ей линейное преобразование А в n-мерном пространстве (т. н. самосопряжённое преобразование) допускает специальное представление — т. н. спектральное разложение вида