Положение максимумов интерференционной картины в монохроматическом свете зависит от длины волны  . Изменение их положения при изменении служит важной характеристикой спектрального прибора, которая называется дисперсией. В данном случае максимумы имеют форму колец в фокальной плоскости линзы (см.рисунок) и их положение определяется углом  , а величина  характеризует угловую дисперсию прибора. В соответствии с формулой для максимума порядка m
откуда  . Исключая отсюда m, получаем
(последнее справедливо при малых , когда  ). Из этой формулы следует, что угловая дисперсия не зависит от расстояния h между зеркалами и других параметров интерферометра. Она неограниченно возрастает при приближении к направлению нормали  . Знак минус показывает, что с ростом угол для фиксированного максимума убывает.
Найдем угловое расстояние  между соседними кольцами интерференционной картины в монохроматическом свете с данной длиной волны . Из формулы видно, что  . Так как  , то
С увеличением угла кольца располагаются все ближе друг к другу. При большом расстоянии h между отражающими плоскостями кольца расположены теснее, чем при малом. По известному угловому расстоянию между кольцами и угловой дисперсии легко найти интервал длин волн, соответствующий расстоянию между кольцами, т.е. между максимумами соседних порядков:
Для малых углов падения  и  . Спектральный интервал, занимаемый исследуемым излучением, не должен превышать этой величины, чтобы максимумы соседних порядков от отдельных монохроматических компонент излучения не перекрывались. По этой причине интервал  называют свободной областью дисперсии или постоянной интерферометра.
С увеличением расстояния h между пластинами возрастает разрешающая сила прибора, характеризующая способность разделять две близкие по длине волны монохроматические спектральные линии. Однако из формулы видно, что увеличение h сопровождается уменьшением области дисперсии . При типичных значениях (h=5 мм; =0,5 мкм) составляет менее 0,03 нм. Это значит, что при работе с интерферометром Фабри-Перо требуется (за очень редким исключением) дополнительный более грубый спектральный прибор для выделения в излучении источника спектрального интервала, не превосходящего дисперсионной области интерферометра. В простейшем случае может быть применен фильтр, но чаще интерферометр "скрещивают" с призменным или дифракционным спектральным прибором (см. спектральные приборы). Можно, например, спроецировать интерференционные кольца на плоскость щели спектрографа так, чтобы центр картины совпал с серединой щели.Таким образом можно изучать структуру спектральных линий, состоящих из нескольких близко расположенных компонент, так как каждая из компонент образует свою систему интерференционных колец.
Когда исследуемый спектр состоит из отдельных линий, изображения щели в свете этих линий, получающиеся в соответствующих местах фокальной плоскости спектрографа, оказываются пересеченными поперечными дугами, представляющими участки колец (см рисунок).
 | | Структура линии =591,5 нм изотопа урана-233 |
Измеряя на спектрограмме, какую долю от расстояния между дугами колец соседних порядков составляет расстояние между дугами расщепившихся колец, можно определить спектральные интервалы между компонентами линии, структура которой не разрешается спектрографом. Измерения обычно производят на втором или третьем от центра кольце, где дисперсия еще достаточно велика, но изменяется не столь быстро, как в центре интерференционной картины.
На рисунке приведен образец такой спектрограммы для излучения изотопа урана-233. Каждое интерференционное кольцо расщеплено на шесть компонент. Такое расщепление спектральной линии возникает, как показывает теория атомных спектров, в результате взаимодействия магнитного момента атомного ядра с электронной оболочкой атома (сверхтонкая структура). По характеру и величине сверхтонкого расщепления спектральных линий можно определить основные ядерные константы. В данном случае расщепление на шесть компонент свидетельствует о том, что момент импульса (спин) I ядра исследуемого изотопа урана равен 5/2 (линия расщепляется на 2I + 1 = 6 компонент).
Назад
Написать комментарий
|
