Экспериментальная оптика, Лебедева В.В., 2005

Экспериментальная оптика, Лебедева В.В., 2005.
  В учебнике излагаются физические основы, принципы действия и практические применения оптических устройств и методов, используемых в современной экспериментальной оптике и спектроскопии. Описаны способы получения, измерения, фильтрации оптического излучения в диапазоне спектра от крайнего ультрафиолета до далекой инфракрасной области спектра. Обсуждаются принципиальные и практические ограничения в получении максимальных величин мощности излучения и в выделении предельно малых спектральных интервалов. Для студентов ВУЗов, а также научных работников и инженеров, использующих оптические и спектральные методы.

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ОПТИКИ.
Создание аппаратуры и разработка методов, пригодных для работы в достаточно широкой области оптического спектра, представляют собой сложную задачу. Трудности, встречающиеся на пути исследователей-спектроскопистов, можно проиллюстрировать историей освоения различных участков оптического спектра.
Лишь спустя 130 лет после открытия Ньютоном в 1666 г. спектра видимого света было обнаружено, что за его фиолетовой и красной границами также имеется излучение. Ультрафиолетовая область спектра была открыта Риттером в 1801 г. по ее действию на хлористое серебро фотоэмульсии. В 1800 г. В. Гершель с помощью обычного термометра нашел, что участок спектра, расположенный за красной областью, обладает тепловым действием. В 1840 г. его сын Дж. Гершель обнаружил полосы в инфракрасном спектре. Приемником излучения ему служила черная бумага, пропитанная спиртом. Спирт испарялся быстрее в тех местах, которые больше нагревались. Продвижение дальше в инфракрасную область сдерживалось отсутствием достаточно чувствительного приемника. Лишь изобретение болометра позволило к концу XIX столетия, используя для призм различные материалы, дойти до границы средней инфракрасной области спектра (л = 25 мкм), а, отфильтровывая излучение методом остаточных лучей, — до 250 мкм.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ
ВВЕДЕНИЕ
§1. Место оптики и спектроскопии в современной науке и технике
1°. Волоконно-оптические линии связи
2°. Оптические компьютеры
3°. Аналитические приложения. Приборостроение
4°. Технологические приложения
5°. Разработка новых видов получения энергии
§2. Этапы развития экспериментальной оптики
§3. Основные характеристики оптического излучения
Глава 1. ОПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
§1.1. Физико-химические свойства оптических материалов
§1.2. Оптические свойства материалов
1°. Отражение излучения от границы раздела однородных сред
2°. Отражение излучения, поглощение и прозрачность оптических материалов в различных областях спектра
3°. Применение оптических материалов
§1.3. Оптические свойства тонких пленок
1°. Металлические и диэлектрические пленки
2°. Диэлектрические просветляющие и зеркальные покрытия
§1.4. Атмосфера как оптическая среда
Вопросы
Глава 2. ИСТОЧНИКИ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
§2.1. Основные законы теплового излучения
§2.2. Излучение нечерных тел
§2.3. Типы источников теплового излучения
Вопросы
Глава 3. ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ
§3.1. Виды разрядов в газах и их основные особенности
§3.2. Мощность излучения газового разряда
1°. Излучение при термодинамическом равновесии
2°. Излучение в условиях локального термодинамического равновесия
3°. Излучение при отсутствии равновесия
§3.3. Уширение спектральных линий
1°. Естественная (радиационная) ширина спектральных линий
2°. Доплеровское уширение спектральных линий
3°. Уширение линий при взаимодействии излучающего атома с окружающими частицами
4°. Контур спектральной линии при реабсорбции излучения
§3.4. Основные типы газоразрядных источников излучения
1°. Источники света с тлеющим и высокочастотным разрядом
2°. Источник света с полым катодом
3°. Источник света с атомным пучком
4°. Газоразрядные источники света низкого давления с непрерывным спектром излучения
5°. Ртутные лампы высокого и сверхвысокого давления
6°. Газовые лампы сверхвысокого давления
7°. Импульсные лампы
8°. Источники возбуждения спектров для эмиссионного спектрального анализа
9°. Импульсный разряд с испаряющейся стенкой
Вопросы
Глава 4. ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПОТОКИ
§4.1. Электронные генераторы СВЧ
1°. Обычные электронные генераторы
2°. Мазеры на циклотронном резонансе (гиротроны)
§4.2. Источники излучения с релятивистскими электронными потоками
1°. Синхротронное излучение (СИ)
2°. Ондуляторное излучение (ОИ)
3°. Лазеры на свободных электронах
4°. Обратный эффект Комптона
Вопросы
Глава 5. ПРИЕМНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
§5.1. Общие вопросы
§5.2. Основные характеристики приемников излучения
1°. Чувствительность
2°. Квантовая эффективность
3°. Шумы в приемниках излучения
4°. Инерционность приемников
5°. Разрешающая способность многоэлементных приемников
§5.3. Фотографические приемники излучения
1°. Фотографические эмульсии
2°. Фототермопластические системы регистрации изображений
§5.4. Тепловые приемники излучения
1. Болометры
2°. Термоэлементы
3°. Оптико-акустические приемники
4°. Пироэлектрические приемники
§5.5. Фотоэмиссионные приемники излучения
1°. Общие свойства
2°. Фотоэлементы и фотоумножители
3°. Электронно-оптические преобразователи
§5.6. Фотоэлектрические полупроводниковые приемники
1°. Фоторезисторы
2°. Фотодиоды
3°. Полупроводниковые приемники изображения
Вопросы
Глава 6. ФИЛЬТРАЦИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
§6.1. Назначение и характеристики фильтров оптического излучения
§6.2. Светофильтры на основе явлений поглощения, дисперсии, преломления, отражения
1°. Поглощающие светофильтры
2°. Метод фокальной изоляции
3°. Дисперсионные светофильтры
4°. Метод остаточных лучей
5°. Использование отражения от матированных зеркал, дифракционных решеток и ячеистых поверхностей
6°. Метод полного внутреннего отражения
7°. Метод селективной модуляции
§6.3. Светофильтры на основе явлений интерференции
1°. Интерференционные светофильтры
2°. Интерференционно-поляризационные светофильтры
3°. Акустооптические светофильтры
Вопросы
Глава 7. СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ
§7.1. Классы спектральных приборов
§7.2. Основные характеристики спектральных приборов
§7.3. Щелевые спектральные приборы
1°. Аппаратная функция, разрешение
2°. Аппаратная функция при когерентном и некогерентном освещении щели
§7.4. Светосила щелевых спектральных приборов
1°. Освещенность в спектре
2°. Выходной световой поток
3°. Освещение щели спектральных приборов
§7.5. Оптические схемы спектральных приборов
1°. Авто коллимационные приборы
2°. Зеркальные объективы приборов
3°. Спектрометры и спектрофотометры
4°. Двойные монохрома горы
§7.6. Спектральные приборы с компьютерами
Вопросы
Глава 8. ПРИЗМЕННЫЕ СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
§8.1. Основные свойства
1°. Угловое увеличение призм
2°. Угловая и линейная дисперсии
3°. Поляризующее действие призм. Брюстеровская призма
4°. Разрешающая способность
5°. Астигматизм призм
6°. Кривизна спектральных линий
§8.2. Оптические схемы призменных спектральных приборов
1°. Призмы и системы призм
2°. Призменные системы монохроматоров
Вопросы
Глава 9. СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ С ДИФРАКЦИОННЫМИ РЕШЕТКАМИ
§9.1. Плоские дифракционные решетки
1°. Образование дифракционной картины в приборе с решеткой
2°. Поляризующее действие решеток
3°. Угловое увеличение. Дисперсия
4°. Наложение порядков
5°. Кривизна спектральных линий
6°. Светосила. Разрешающая способность
§9.2. Изготовление дифракционных решеток
1°. Нарезные дифракционные решетки
2°. Дефекты нарезных решеток
3.° Голографические дифракционные решетки
§9.3. Спектральные приборы с плоскими дифракционными решетками
§9.4. Вогнутые дифракционные решетки
1°. Основные свойства вогнутых решеток
2°. Голографические вогнутые решетки
§9.5. Спектральные приборы с вогнутыми дифракционными решетками
Вопросы
Глава 10. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
§ 10.1. Интерферометр Фабри-Перо
1°. Образование интерференционной картины
2°. Угловая и линейная дисперсии
3°. Свободная спектральная область (область дисперсии)
4°. Разрешающая способность
5°. Мультиплекс- и многопроходной интерферометры
6°. Отражающие интерферометры
§10.2. Использование интерферометра Фабри-Перо в спектральных приборах
1°. Скрещивание дисперсий
2°. Фотографическая регистрация интерферограмм
3°. Спектрометр Фабри-Перо
§10.3. Светосила приборов с интерферометром Фабри-Перо
1°. Светосила по освещенности и потоку
2°. Сравнение светосилы призменных и дифракционных спектрометров и спектрометра Фабри-Перо
Вопросы
Глава 11. МОДУЛЯЦИОННЫЕ СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
§11.1. Фурье-спектрометр
1°. Принцип действия
2°. Аппаратная функция
3°. Особенности работы Фурье-спектрометра
§11.2. Спектрометр с интерференционной селективной амплитудной модуляцией (СИСАМ)
§11.3. Растровый спектрометр
Вопросы
ЛИТЕРАТУРА
Основная
Дополнительная
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ.