РЕФЕРАТ
"Оптичні прилади"
1. Світлофільтри
За допомогою світлофільтрів зазвичай відділяють одну частину спектра від інших. Це означає, що підшукують світлофільтр з різкою кордоном поглинання як з боку довгохвильової частини спектру, так і з боку короткохвильової. Жовті або червоні фільтри мають різко спадаючу в короткохвильової частини спектру абсорбційну криву. З їх допомогою можна відсікти короткохвильову частину спектру практично з будь-якого бажаного місця. Фільтри подібного роду є у продажу; можна замовити бажану абсорбційну характеристику та отримати фільтр, що має відповідні властивості. Значно важче отримати за допомогою пофарбованих скляних фільтрів абсорбційну криву, різко спадаючу в довгохвильовій частині спектру, якщо пред'являються високі вимоги до однорідності скла. У цьому випадку застосовують желатинові фільтри, забарвлені органічними барвниками. Деякі вказівки з виготовлення таких світлофільтрів даються нижче.
Вузьку область спектра можна виділити за допомогою комбінації фільтрів Шотта. Для цієї мети дуже вигідно застосовувати і інтерференційні фільтри. Вони відрізняються високим ступенем прозорості і вузькою областю пропускання. За допомогою інтерференційних фільтрів дуже зручно виділяти певні лінії з лінійчатих спектрів спектральних ламп. Шляхом послідовного застосування двох або декількох інтерференційних фільтрів одного типу можна значною мірою послабити пропущений фон. Інтерференційні фільтри виготовляються з максимумом пропускання від л = 225 ліг до інфрачервоної області. Виготовлення фільтрів для ультрафіолетової частини спектра в даний час ще пов'язане з рядом труднощів. Останнім часом у продажу з'явилися інтерференційні фільтри для країв спектра та окремих ліній. Шляхом різних комбінацій таких фільтрів можна отримати будь-яку задану спектральну смугу пропускання.
Інтерференційні фільтри краще всього набувати. Намагатися виготовити такий фільтр самостійно не має сенсу.
При застосуванні інтерференційних фільтрів треба мати на увазі, що їх проникність змінюється зі зміною напрямку падаючих променів. Інтерференційні фільтри в потоці променів нагріваються мало, так як вони мають дуже невелике поглинання. Енергія, що не пройшла через фільтр, відбивається. Тому необхідно вживати заходів, що виключають шкідливий вплив відбитих променів. Скляні фільтри, що володіють великим поглинанням, при інтенсивному опроміненні сильно нагріваються, їх крива поглинання змінюється. Спектральна кордон червоних фільтрів з підвищенням температури зміщується в червону область спектру. У зв'язку з цим згадаємо, що кордон спектру пропускання гарячої кварцовою колби ртутної лампи високого тиску лежить в області довжин хвиль> 254 ммк.
Барвники вводяться в розчини желатину, які висушують на скляних пластинках. Рецепти 41 желатинового фільтра опубліковані Ходжменом. Нижче ми даємо деякі з них. Скляні пластинки попередньо необхідно очищати за допомогою розчинів їдкого натру у воді і біхромату калію в сірчаній кислоті; желатину зважується, протягом години миється в холодній поді й розминається. Потім беруть на 1920 сухий желатини 300 см 3 води, розчиняють її при температурі 40 ° С і фільтрують. Цей розчин желатини нагрівається до 45 ° С, змішується з фарбою і за допомогою піпетки наливається на скляну пластинку, очищену, як вказано; платівку попередньо встановлюють горизонтально і захищають від пилу. Дві платівки, приготовлені таким чином, після висихання склеюють канадським бальзамом.
Розчин желатини, якщо до нього додати цукор, ще краще прилипне до скла. Для дезинфікування желатинового розчину придатний тимол: невеликий шматочок цієї речовини, що нагадує камфору, впадає в розчин. В якості основної підкладки, можна застосовувати «хромову желатину»: до 100 см 3 1% розчину желатини додається 5 см 3 5% розчину хромових квасцов.
Проте виготовлення хорошого фільтру вимагає все ж налгЬ чия знань в області спеціальних властивостей барвників і знання певних прийомів роботи з ними; треба думати, що Е.Дж. Уолл був правий, коли він взагалі відмовився від самостійного виготовлення подібних кольорових фільтрів. Тому в кожному випадку необхідно перш за все докладно ознайомитися з монографіями з цього питання зазначеного автора або монографією Вейгерта. Стосовно всіх світлофільтрів, у яких барвник розчинений в желатині, є небезпека, що їх колір протягом декількох місяців або років зміниться, особливо якщо шар приклеєний канадським бальзамом і якщо фільтр тривалий час залишався на світлі. Кольорові желатинові плівки випускаються в продаж поряд фірм.
Можна рекомендувати і так звані монохроматичні фільтри, що виділяють із спектру смуги майже однакової ширини, що примикають один до одного. Є два сорти монохроматичних фільтрів: для більш широких і для більш вузьких областей спектру. Якщо область пропускання звужується, то зменшується і максимальне значення пропускання - на кілька відсотків. Монохроматичні фільтри можна з успіхом застосовувати для усунення розсіяного світла в простих монохроматорах.
Для сірих стекол крива пропускання, взагалі кажучи, не виявляє залежності від довжини хвилі. За межами червоної частини ступінь прозорості в більшості випадків різко збільшується. Це властивість треба мати на увазі при застосуванні таких стекол, наприклад, у формі клину в якості ослабітеля в спектральному апараті. Селективність сірого фільтру набуває великого значення при дуже щільних фільтрах. Сірі фільтри, отримані фотографічним шляхом, порівняно мало селективні. На жаль, вони в більшості випадків небагато розсіюють світло, так що при вживанні цих фільтрів розсіяні промені можуть викликати додатковий світловий ефект.
Значно простіше виготовляти рідкі фільтри. Фарбувальний розчин наливають у ванну з плоскопараллельних стінками. Дуже підходять для цієї мети згадувані на стор. 111 циліндричні скляні судини, - на кінцях яких пріплавлени плоськопараллельниє пластинки; збоку в посудину упаюється відросток для наповнення його рідиною. Широко відомі судини Лейбол'да; щодо них, так само як і щодо виготовлення маленьких кювет, див. Вейгерта. Рідкі фільтри з кількох цілком певних поміщених один за одним шарів можна порівняно просто складати за допомогою відповідних кювет.
Для наповнення рідких фільтрів особливо підходять забарвлені неорганічні солі, так як вони виявляють повну світлостійкість.
Наступні вказівки взяті з роботи Гібсона,
4400 А: 5% водний розчин железосинеродистого калію,
5000 А: 6% водний розчин біхромату калію, »
6000 А: платівки зі скла, пофарбованого закисом міді, або з рубцевого скла,
780: йод в сірковуглеці,
8200 А: ебоніт; проникність пластинки товщиною 0,3 мм при 1 лк 37%, при 2 мк 61%.
Нижче наводяться дані про різні інфрачервоних фільтрах. Ці фільтри, так само як і численні барвники, досліджував Меркельбах в області від 0,6 до 2,8 мк.
Другий клас
Фільтри з певною довгохвильової кордоном проникності: шар води завтовшки 1 см. Проникність при л = 1 мк 80%, при л = 1,5 лек 0%.
1957 сірчанокислої міді на. 1 літр води, товщина шару 1 см. Розчин пропускає при л = 5800 А 80%, починаючи від л = 7500 А в бік довгих хвиль непрозорий.
Напівнасичених водний розчин хлористого заліза пропускає при товщині шару 10 мм: при л = 0,7 мк 40%, при л = 0,8 JitK 5%, при л = 0, і мк 0%. На жаль, розчин малостійкий. Скло BG 19 фірми Шотт при товщині 2 мм пропускає: при л = 0,55 мк 90%, при л = 0,7 мк 50% і при л від 0,9 до 2,8 juk менше 5% падаючого на нього світла.
Червоне світло поглинається більш сильно, ніж короткохвильовий синьо-зеленим фільтром зазначеної вище фірми, а також берлінської блакиттю.
Фільтри для спеціальних цілей
Якщо за методом, запропонованим Пфундом, обробити целулоїдні пленочки парами селену, то виходить чорний шар, який, як показали Барнес і Боннер, разом з кварцовою пластинкою товщиною 0,7 мм пропускає промені тільки з довжиною хвиль понад 40 ліг. У роботі наведені криві поглинання між, 1 і 120 JitK.
Золоті шари, проникність яких для зеленого світла становить 73%, виключають, за даними Кішфалуді, червоні та інфрачервоні промені.
Для більшості випадків досить підходящими є три фільтри, запропоновані Р.В. Вудом: шар розчину такого
Складу: 10 мг нітрозодіметіланіліна на 100 мл води, товщиною 5 мм; цей фільтр непроникний для променів з довжиною хвилі від 5000 до 3700 А і проникний для довжин хвиль від 3700 до 2000 А. При тривалому зберіганні розчин стає непроникним р для ультрафіолетових променів без зміни свого забарвлення. Тонкий срібний шар проникний для променів з довжиною хвилі від 3400 до 3100 А. Крива проникності цього шару представляє собою дзеркальне зображення кривої його відображення світла. Для виготовлення такого фільтра сріблять кварцову пластинку, домагаючись шару такої товщини, щоб при спостереженні через пего Сонце уявлялося синім диском, а контури будинків на тлі світлого неба вже не були б видні. На шар срібла накладають кільце з фільтрувального паперу, просоченого оцтовокислим свинцем; на це кільце накладається потім кварцова пластинка. У такому вигляді фільтр зберігається протягом багатьох місяців.
Вуднішел також, що дуже тонкі шари лужних металів, вже зовсім непрозорі для видимого 'світла, пропускають короткохвильовий світло. Такий шар можна отримати випаровуванням дуже ретельно очищеного лужного металу; пари облогу на стінку кварцовою колби, охолоджувану рідким повітрям; Вуд описав техніку приготування таких шарів, але її не можна вважати простою. Над цим фільтром продовжували працювати О'Брайен, а також Уотстон і Харст. Межі проникності лежать для
Cs при 4400 Rb »3600 К» 3150 Na »2100 Li залишається до 1400 А непрозорим.
Дреслер і Ріккі описали світлофільтр, який дозволяє відносну спектральну чутливість селенового фотоелемента майже повністю наблизити до чутливості нашого ока.
Не рекомендується самому виготовляти такий світлофільтр, його слід придбати в готовому вигляді, так як для кожного фотоелемента потрібен спеціальний особливий підбір світлофільтра. Крім того, рекомендується періодично контролювати точність роботи установки.
Щодо вузьку область близько будь даної довжини волци можна виділити відомим фільтром Хрістіапсена. Один такий фільтр для довжин хвиль від 3 до 90 мк коротко описаний Барнес і Боннером. Раніше для виділення необхідної області довжин хвиль користувалися зміною температури кюветку з розчином; Ейе застосовує розчин бромо-і йодортутних сполук калію та барію, щодо нечутливий до зміни температури. За даними автора змінювати виділяється область спектра можна, підбираючи відповідну концентрацію розчину. Якщо для виділення окремих ліній в спектрі ртутної лампи користуються рідкими фільтрами, самостійно складеними, то можна рекомендувати описані далі комбінації фільтрів. Ці комбінації застосовні так само, як фільтри, додаткові до інтерференційних. ■
Жовтий дублет 5790/69 А можна виділити, якщо спектр ртутної лампи пропустити через шар майже насиченого розчину біхромату калію товщиною 5 см.
Зелена лінія 5461 А. У кюветку, наповненою водою розчиняють таку кількість тартразин, яке необхідно для того, щоб сині лінії зникли; для контролю користуються кишеньковим спектроскопом. Жовтий дублет усувається шляхом додавання наявного в продажу азотнокислого неодиму. Розчин майже необмежено стійкий. Фільтр чудово підходить для спектроскопічних і поляриметричних досліджень, а також для мікрофотографії. Можна також застосувати дідімовое скло, яке, проте, обходиться досить дорого, тому що потрібно шар товщиною до 2 см.
Група ліній 4358-4347 Змішують 8 г сірчанокислого хініну з 100 см 3 дистильованої води і додають по краплях розбавлену сірчану кислоту до тих пір, поки не розчиниться випав спочатку пухкий шар білого осаду; його розчинення відбувається раптово. Шар цієї рідини товщиною 2 см у поєднанні з звичайним кобальтові склом пропускає, крім зазначеної вище групи ліній, тільки сліди зеленої лінії. Якщо останнє небажано, то в розчин додають ще ПЕМП родаміну В. Так як розчин сірчанокислого хініну буріє після довгого дії світла, то Пфундом рекомендує розчин азотисто-кислого натрію товщиною шару 12 мм; його прозорість складає для 4358 А 65%, а для 4047 А 1%.
Ще краще для цієї мети підходить, мабуть, недавно запропонована Санні і його співробітниками суміш 6% розчину нітробензолу в спирті з 0,01% «розамин 56 екстра»; її шар товщиною 1 см пропускає лінію 4358 А, але зате сусідні лінії послаблює до 0 , 1%; необхідно вказати, що цей світлофільтр трохи чутливий до дії світла.
Для лінії 3125 А Бекстрем коротко описав наступний фільтр: розчин з 1914 сірчанокислого нікелю і 1910 сірчанокислого кобальту на 100 см * дистильованої води; цей світлофільтр пропускає при шарі товщиною в 3 см 3,5% лінії 3342 А, але зате 96% лінії 3125 А; він є прозорим мінімум до 2300 А. Якщо до цього розчину додати ще 1945 безводного кислого фталата калію, який добре поглинає короткі хвилі, то інтенсивність вже сусідній лінії 3023 А послаблюється до 0,1%, у той час як для лінії 3125 А зберігається висока проникність. Простим, однак не дуже гарним поглиначем є посріблена кварцова пластинка.
Для виділення лінії 2536 А можна по Ольденберг користуватися кварцовою колбою діаметром 40 мм, наповненою хлором до тиску приблизно 6 атм. Лінія 4358 А буде ще сильно послаблюватися, але довгохвильові лінії - навряд чи.
Користуючись скляними фільтрами і звичайними спектральними лампами, наявними у продажу, можна виділяти лінії, майже рівномірно розташовані на всьому протязі спектру. На противагу рідким фільтрам, скляний фільтр має ту перевагу, що він мало не безмежно стійкий. У довіднику з фізики та хімії Д'Анса і Лакса наведені комбінації фільтрів і відповідних їм спектральних ламп.
Для видимого та ультрафіолетового світла добрі результати дають прозорі металеві шари платини, родію, сурми, відкладені випаровуванням на кварцові платівки.
Тейсінг і Геберт виготовили за допомогою витонченого прийому сірий «фільтр, поглинання якого в області довжин хвиль між 3000 А і 2,3 мк практично є постійним. Для цього вони на один шар, поглинання якого зменшується при зменшенні довжин хвиль, відклали другий шар, поглинання якого змінюється в протилежному напрямку.
Поляризаційні плівки, які нині виготовляють різними фірмами, при схрещених положенні можна застосовувати в якості нейтрального фільтра змінної прозорості. У багатьох випадках з великим успіхом замість поляризаційних призм вживаються поляризаційні плівки. При схрещених положенні кращі з них зменшують яскравість світла в сотні разів. У порівнянні з поляризаційними призмами вони володіють перевагою більшого поля зору. Плівки можна виготовити майже безмежного розміру. Іноді виникають труднощі внаслідок необхідності забезпечити їх теплостійкість. Від дії вологи поляризатори можна надійно захищати, якщо це взагалі необхідно, вклеівая їх між скляними дисками.
З одного боку, виробництво поляризаційних фільтрів такого типу, з іншого боку, виготовлення плівок з подвійним заломленням спонукають до проектування ротаційно-дисперсійних світлофільтрів. Цей вид фільтрів багато років тому описав Р. В. У уд при розділенні компонентів лінії натрії; світлофільтри такого типу потім розроблялися Лайотом, Ехманом, Регіем і Хаазе. Фільтр з отвором Лайотом, пропускав, в зеленій частині смужку в 2 А ширини при прозорості 13%, а в червоній частині - 3 А при 24%.
2. Дзеркальні поверхні
А) Метали
Результати дуже численних експериментальних досліджень у цій області призводять до наступних якісним висновків. При великих довжинах хвиль, в декілька мікрон, більшість металів відбиває від 90 і майже до 100% падаючого світла. Від 15 мк до майже 4000 А срібло за відбивної здатності перевершує всі інші метали; в інфрачервоній області аж до 8500 А золото відображає так само, як і срібло. Дуже гарним відбивачем в довгохвильовій області є також латунь. Результати таких робіт представлені графічно на рис.
Відбивна здатність срібла та алюмінію
Відбивна здатність срібла та алюмінію
Відомо, що зі зменшенням довжин хвиль відбивна здатність всіх металів сильно зменшується, за винятком кремнію. Дзеркальний метал, або так званий сплав Брешіра, застосовуваний в особливості для відбивних дифракційних решіток, складається з 68% міді і 32% олова. За даними Пфундом в області Лаймана найкраще відображає кварц, найгірше - дзеркальний метал.
Б) Шари, що зменшують відображення
Шари, що усувають або зменшують відображення, в даний час широко застосовуються в оптиці. Методи нанесення тонких шарів, наприклад, магнію, кальцію або фтористого літію стали технічно досконалими. У технічній оптиці вже починають застосовуватися багатошарові покриття, що усувають відображення. Значно збільшено також міцність шарів. Перш за все, шари, обложені з газової фази, мають практично твердість скла, вони майже неразрушими. Методи осадження шарів з газової фази були розвинені Геффкеном. Зменшення відображення на таких шарах досить значно. Коефіцієнт відбиття від них в невеликій мірі залежить від довжини хвилі і має значення від 0,2 до 1%. При застосуванні багатошарових покриттів залежність відображення від довжини хвилі зменшується. Можуть бути також отримані дзеркала з великою здатністю, що відображає і незначним поглинанням. Для цього, однак, необхідно парне число шарів.
У табл. вказані прозорість і розсіювання світла оптичною системою, що складається з певної кількості поверхонь, у припущенні, що на кожній поверхні відбивається с, = 5% або Q 1 = I% падаючого на неї світла. Як і слід було очікувати, виграш за рахунок зменшення відбиття при двох поверхнях незначний, але при збільшенні їх числа він стає настільки великим, що, наприклад, при 30 поверхнях шкідливий розсіяне світло за рахунок відносного підвищення ступеня проникності в три рази зменшується майже в шість разів.
3. Мікроскоп і його приналежності, особливо для термічних робіт
Мікроскоп, тобто освітлювальне пристрій, окуляр і об'єктив, являє собою один із широко застосовуються приладів. Вкажемо ще на деяку додаткову апаратуру, наприклад камеру для роботи при пізкіх температурах; в цьому випадку об'єкт розташовується в плоскій камері, через яку протікає сухий газ, що пройшов через холодильну ванну. Для роботи при температурах між - 130 і - і кристалів.
При мікроскопічному спостереженні фазових переходів, процесів плавлення або освіти монокристалів при високих температурах маленькі проби речовини можуть бути в деяких випадках поміщені на нагрівається електричним способом U-образну металеву стрічку. Ця стрічка, зроблена зі сплаву 60% Pt -) - 40% Rh, служить мікропечью. Стрічка має розміри: товщина 0,01 мм, ширина 8 мм, довжина бічних сторін 10 мм, відстань між ними 1,2 мм; повітря в цій печі нагрівається до температури понад 1800 ° С; ця температура може зберігатися тривалий час. Температура може бути визначена за графіком залежності її від струму розжарення, точки якого отримані як відомі температури плавлення певних речовин. Нижче перераховуються відповідні для цієї мети речовини і вказуються їх температури плавлення:
K 2 SO 4, CaO - MgO -2 Si 0 2, BaO -2 Si 0 2, CaO • Al 2 O s ^ SiO 2, суміш 15% MgO і 85% SiO 2. У методі, запропонованому Ордвеем, крапля розплаву утримується капілярними силами на поверхні термоелемента Pt-PtRh, що нагрівається змінним струмом високої частоти. Постійна напруга на нагрітому термоелемента використовується для вимірювання температури. Ланцюг вимірювання температури повинна бути але всій довжині термоелемента огороджена фільтрами від впливу змінної напруги. Абсолютна помилка вимірювання температури при 1420 ° С дорівнює 5 °. У методі У їв ьха ланцюг вимірювання температури і ланцюг нагрівача повністю розділені. Термоелемент нагрівається однієї півхвилею 50-периодной змінного струму. Під час другої напівхвилі термоелемент для визначення термо ЕРС підключається до компенсаційної схемою.
Для металломікроскопіі при високих температурах є. ' заводські нагрівальні столи. Вони мають вакуумплотние судини, в яких невеликий полірований шматочок досліджуваного металу нагрівають у високому вакуумі або захисній атмосфері і спостерігають процес зміни його поверхні з температурою.
Установка для досліджень з поляризаційним мікроскопом при низьких температурах. Схема камери-приставки до поляризаційному мікроскопу. J - об'єктив мікроскопа, 2 - коркове кільце, 3 - порожниста платівка з припаяної латунної трубкою 4, опущеної в посудину 6 з рідким повітрям 5,7 - термоелемент, S - посріблене металеве дзеркало, 9 - камера з охолодженим повітрям, Яп - Товстостінна латунна трубка, і - скляна трубка, 12 - кожух для трубки ю, 13 - додатковий прилад, 14-порцеляновий трубка, 15 - пластинка з припаяної латунної трубкою 16, опущеної в посудину з рідким повітрям 17, 18 - нагрівач, 19 - диоар, 20 - коркове кільце, 21 - кільцеподібна платівка, підтримувана предметним столиком мікроскопа 22.
Стан об'єктив - об'єкт не може бути менше 2,5-3 мм, то при нормальних об'єктивах максимально досяжний збільшення не перевищує 250-300. Огляд розвитку металографічних методів та отриманих ними результатів дає Рейнахер 18). Пфейффер описує саморобний нагрівальний стіл для дослідження легко окислюються сплавів за допомогою мікроскопа. Нагрівач поміщений на підлогою кварцовому утримувачі, укладеному в скляний кожух з водяним охолодженням; тримач закритий шліфом з плавленого кварцу з пріплавленной до нього кварцовою шайбою. Піч нагрівача складається з двох сплавлений разом трубочок А l Оз, через які проходять платинові дроту. Для вимірювання температури зразка, поміщеного в піч, служить термоелемент. Струмопровідні проводи й проведення термоелемента вплавлені в скло для забезпечення герметичності з'єднання.
Дуже швидко удосконалюються методи ослаблення відображення. Ослаблення відображення досягається тим, що або змінюється хімічний склад прикордонного шару лінз, або на них наноситься шар з іншим показником заломлення.
Останнім часом дуже швидко прогресує інфрачервона мікроскопія, в якій застосовують відбивні мікроскопи. Великі успіхи в оцінці нерівностей на поверхнях досягнуті завдяки мікроскопів з фазовим контрастом. В ультрафіолетовому мікроскопі також з успіхом застосовується метод фазового контрасту.
Простий мікроманіпулятори складається з рами з двома розташованими під прямим кутом дерев'яними планками, які з'єднуються з мікроскопом і забезпечують можливість переміщення прикріплених до них мікроіголок, мікропіпеток і мікроелектродів.
Вакуумний нагрівальний стіл з Пфейффер