O’zbekiston respublikasi oliuy va o’rta maxsus

II bob. Yorug’lik filtrlarining spektral xarakteristikasi.
2.1. Spektral o’lchov asboblarining ajratib olish va dispersion xususiyatlari.
Ba’zi bir spektral apparatlarning (difraksion panjara Maykelson esheloni) ishlashi ko’rib chiqilgan bo’lib bu apparatlar to’lqin uzunliklari yoki yaqin turgan ikki spektral chiziqning to’lqin uzunliklaridagi farqini juda aniq o’lchashga imkon beradi. Bunda o’xshagan masalani interferension spektrosqoplar (Lyummer Gerki plastenkasi Maykelson interferometri Fabri Peroetaloni) vositasida ham hal qilish mumkin.
Turli xil bu apparatlarning ishlashini bir-biriga solishtirish va biror fizik masalani hal qilishda bu aparatlarning qaysi biri yaxshirok qo’l kelishini bilish uchun spektral apparatlarning ma’lum bir xarakteriskalarini aniqlash zarur.
Spektral apparatining dispersiyasi. Spektral apparatlar asosan tekshirilayotgan yorug’lik to’lqining uzunligini o’lchashda ishlatiladi. Ko’p holarda bu masala qo’shni bo’lgan ikkita spektral chiziqning to’lqin uzunliklardagi farqini o’lchashga keltiradi. Odotda spektral chiziqning apparatdagi vaziyati dispersion elementidan keyngi to’lqin frontiga o’tkazilgan normalning yo’nalishi bilan aniqlanadigan burchak orqali ifodalanadi. Shuning uchun dispersiya bir biridan to’lqin uzunligi 1A⁰ ga farq qiladigan ikkita spektral chiziqqa tomon o’tkazilgan yo’nalishlar orasidagi burchakli masofa deb ta’riflanadi. Bir-biridan to’lqin uzunligi jihatidan ga farq qiladigan ikki spektral chiziqqa to’g’ri kelgan burchaklar farqi bo’lsa u holda.
(2.1.1)
Miqdor dispersiya o’lchovi bo’ladi bu miqdor masalan andestrumga to’g’ri kelgan burchak birliklari bilan ifodalanadi (burchakli dispersiya).
Ko’pincha biz chiziqning ekrandagi yoki fotoplastinkadagi vaziyatini kuzatganimiz uchun chiziqlar orasidagi burchakli masofani chiziqli masofa bilan almashtirish qulay bu masofa masalan millimetr hisobida ifodalanadi. Spektrni ekranga proeksiyalovchi linzaning fokus masofasi ga teng bo’lsa u holda bo’ladi demak chiziqli dispersiya quydagiga teng bo’ladi va angestrumga to’g’ri kelgan millemtr hisobida ifodalanadi.
(2.1.2)
Amalda ko’pincha bunga teskari bo’lgan miqdor bilan ish ko’riladi bunda apparatning dispersiyasi fotoplastinkaning 1mm ga sig’adigan angistrumlar soni bilan xrakterlanadi.
Biz va to’lqin uzunliklari bir-biriga yaqin bo’lgan ikki to’lqin bilan to’g’ri spektrning shu qadar ensiz bo’lgan va shuning uchun va qiymatlari bilan ish ko’rayotgan bo’laylik deb faraz etaylik simob lampasi chiqaradegan ikki chiziq ana shunday chiziq bo’ladi, va uchun maksimumlar orasidagi masofa maksimumlar vaziyati aniqlanadigan.
(2.1.3)
shartdan topiladi. haqiqatdan ham bu shartdan differensiallaymiz.

(2.1.4)
Shunday qilib panjaraning d davri qancha kichik va kuzatiladigan spektirning m tartibi qancha yuqori bo’lsa dispersa shuncha katta bo’ladi.
Interferension asboblarning burchakli dispirsiyasini aniqlash ham qiyin emas hisobning ko’rsatishicha bu miqdorlar odatda juda katta bo’ladi. Shunday qilib tirqish kengligining kamayish bilan markaziy yorug’ palasa kengayib ekranning taboro ko’p qismini egallay boradi. Demak birinchi minimum ekranning cheksiz uzoqlashgan chetiga surilgan. Ekranning yoritilganligi markazidan boshlab chetlariga tomon nolga asimptotik ravishda yaqinlashib astasekin kamayadi markaziy yorug’ palasaning kengligi kechsiz ortadi. Shunday qilib kamayganda yoritilganligi butun ekran bo’ylab bir tekis bo’lishga intiladi.
Aksincha tirqishning kengligi ortganda birinchi minimumlarning vaziyati manzaraning markaziga tomon keskin boradi. Bu holda maksimumning nisbiy intinsevligi o’zgarmay qoladi uning absalyut qiymati esa ortadi chunki kengaygan tirqish orqali o’tadigan energiya ortadi. Tirqish juda keng ( ga nisbatan) bo’lganda manzaraning markaziga chiziqli manbaning aniq tasviri hosil bo’ladi.
Har qanday real tajribada manba chekli o’lchamlarga ega bo’ladi. Manbaning burchakli deb faraz qilaylik demak agar biz uzoqdagi manba (yulduz, quyosh) bilan tajriba o’tkazayotgan bo’lsak u holda manbaning tirqish markazda joylashgan nuqtadan turib kuzatiladigan burchakli o’lchamini bildiradi. Agar kollimator yordamida kuzatilayotgan bo’lsa u holda manbaning kollimatordagi linza markazidan turib kuzatiladigan burchakli o’lchamini bildiradi. U holda ham bu holda ham manbani kogerent bo’lmagan va haqiqatdan nuqtaviy manbalar to’plami deb hisoblash mumkin bu nuqtaviy manbalar yassi to’lqinlar foton burchak ichida og’ishgan bo’ladi.
Tirqish juda tor bo’lganda ya’ni burchak dan ancha katta bo’lganda difraksiya hisobida kengayish tasvirning geometrik o’lchamdan ancha katta bo’ladi oqibatda kuzatiladigan manzara nuqtaviy manba beradigan manzaradan oz farq qiladi. Shunday qilib Yorug’likning fazoda qisman kogerentligi tushunchasidan foydalanganimizda bizga oldindan ko’rinib turgan edi.
Bir-biriga yaqin turgan ikki va spektral chiziq monoxromatik yorug’likka har qancha yaqin bo’lganda ham dispirsiyaning ancha katta bo’lishi bu ikki chiziqni ajratib ko’rish imkonini berolmaydi. Spektral asbobni yorug’likdan yaxshi foydalanadigan qilish uchun ko’pincha tirqish bilan yorug’lik manbai orasiga yordamchi linza ko’yiladi bu holda kollimatorning obektivi yorug’lik bilan to’ldiradi. Kondensatorning undan bo’ladigan o’lchamini orttirish yorug’lik oqimidan foydalanish nuqtai nazardan befoydadir biroq kollimatorni bir oz ortiqcha to’ldirib yoritishning ancha afzalligi bor chunki bu hol nazariy jihatdan oson analiz qilinadigan yoritish sharoitlarini yoritishga imkon beradi.
Haqiqatdan ham dispersiya ikkita va to’lqin uzunligiga oid intensivlik maksimumlari orasidagi burchakli masofani yoki chiziqli masofani aniqlaydi biroq har qanday apparatda bu to’lqin uzunligining maksimumidan minimumga apparatning tuzilishiga harakat asta sekin o’tiladi. Shunini uchun ekrandagi yoki fotopluotunkadagi yoritilganlikning taqsimoti ko’rsatilgan shakilda bo’ladi.
Yoritilganlikning bizga ko’rinadigan taqsimoti bir biriga yaqin bo’lgan va spektral chiziqlar hosil qilgan yoritilganliklar yig’indisiga teng bu chiziqlar yoritilganligi bir tekis bo’ladi hosil qilgan intensivliklar bir xil bu taqsimodda s egri chiziq bilan tasvirlangan. Shunday qilib agar yoritilganlik ko’rsatilgandek bo’lib sekin kamaysa u holda dispersiya katta a v masofa katta bo’lgan taqdirda ham va to’lqin uzunliklari borligini paykashga imkoniyat bo’lmaydi. Ikkovining to’lqin uzunligi ikki xil bo’lgan ikki spektral chiziqni apparat ajrata oladigan ikki xil to’lqin uzunligini ajrata oladigan bo’lishi uchun maksimumlar orasidagi masofada o’zgarmas bo’lgani holda ikkala chiziqning shakllari yetarlicha aniq bo’lishi zarur. Bu holda har bir maksimumning o’rkachlari bir birini ancha qoplangan bo’lshiga qaramay ikki maksimum ikki to’lqin uzunligi borligi ancha oshkor holda ko’rinadi. Ravshanki bu holda ikki maksimumni bir biridan farq qilish imkoniyati ma’lum darajada spektir bo’ylab intensivligi taqsimoti tekshirilayotgan metodning vizual yoki fotometrik metodning kontrostga bo’lgan sezgirligiga intensivlikda bir oz farq borligini ishonchli ravishda aniqlash imkoniyatiga bog’liqdir. Shunday qilib ikki chiziqni ajrata olish imikoniyati birmuncha noaniqroqdir. Releyning taklifiga binoan ikki chiziqni shartli ravishda bir biridan to’lqin ajratilgan deb hisoblash uchun ikki o’rkach ko’rsatilgancha joylashgan bo’lishi ya’ni birinchi o’rkachning maksimumi ikkinchi o’rkachning minimumi ustiga tushgan bo’lishi kerak. To’lqin uzunliklarining bu shartini kanotlantiradigan ega kichik b a farqi spektral apparatining kvazi monoxramatik spektral chiziqning ularning ineinsivligi bir xil bir-biriga yaqin to’lqin uzunliklarini farq qila bilish qobiliyatini aniqlaydi.
Reley kreteriysining bu shaklini interferension spektral apparatlarga tadbik etib bo’lmaydi chunki bu apparatlarda maksimumdan minimumga utishdagi burchak munosabatlari difraksion panjaradagidan Boshqacha bo’ladi. Farq bulishga sabab shundaki difraksion panjaralarda Maykelson eshelolida ham intensivligi teng bo’lgan n ta dasta qo’shiladi interferension spektraskorlarda esa asta sekin zaiflashib boradigan cheksiz Ko’p dastalar qo’shiladi. Shuning uchun Reley kriteriysini birmuncha boshqachorok ko’rinishga keltirish qulay. Agar ikkita qo’shni spektral chiziqning intensivligiga va shakli bir xil bo’lsa u holda Reley kriteriy chiziqlar orasidagi minimum qo’shni u holda Reley kriteriysi moksimumlarining 80% ga yaqin ekanligini bildiradi. Bunday farq vizual qayd qilishda ham obektiv fotografik va elektirik qayd qilishda ham juda dadil aniqlanadi. Shunga asoslangan holda Ko’pincha ajrata olish chegarasi bir biriga yaqin va intensivliklari bir xil bo’lgan ikki spektral chiziq intensivligning integral egri chizigidagi chukurcha qo’shni maksimumlar balandligining kamida 20% ga teng bo’lish shartida aniqlanadi.
Ajrata olish kriteriysining shartli ekanligi bu ta’rifda yanada yaqqol ko’rinadi. Intensivliklari ko’p farq qiladigan ikki chiziqni ajratish imkoniyati hakida mulohaza yuritganda har bir konkret holni xarakterlaydigan bir qator faktorlarga asoslanish kerak bo’ladi. Biroq Reley kriteriysi shartli bo’lishiga qaramay u turli asboblarning ajrata olish qobiliyatini solishtirishda juda foydali bo’lib chiqadi. Masalan maksimumlar qancha uzoq joylashgan bo’lsa ya’ni m tartib qancha yuqori va maksimumlar qancha keskin maksimumdan minimumga utish tikroq bo’lsa spektrol apparatning yaqin to’lqin uzunliklarini farq qilish qobiliyati shuncha yuqori bo’lishi bevosita tushinarlidir.
Spektral apparatlarning ajrata olish qobiliyatining o’lchovi sifatida o’lchash o’tkazilayotgan a to’lqin uzunligining yuqorida aytib o’tilgan ega kichik intervalga nisbati ya’ni miqdor qabul qilgan. A ni aniqlash uchun va to’lqinlarga tegishli t tartibli maksimumlar vaziyatini ko’rsatuvchi shartlarni (masalan difraksion panjara uchun) tuzatish.
(2.1.5)
to’lqin uzunligiga tegishli bo’lgan t tartibli maksimumdan mos mimumga o’tish uchun tushayotgan yorug’lik yo’nalishini yo’l farqi \N qadar o’zgaradigan qilib o’zgartirish zarur bu erda N- interferensiyalashuvchi yorug’lik dastalari soni (panjara shtrixlari soni). Shunday qilib ga tegishli bo’lgan minimum quyidagi shartni qanoatlantiruvchi min yo’nalishda kuzatiladi.
(2.1.6)
Reley shartiga asosan
(2.1.7)
Shuning uchun
(2.1.8)
bilan bir biriga yaqin bo’lgani ya’ni miqdor juda kichik miqdor bo’lgani uchun ajrata olish kuchi quyidagiga teng bo’ladi.
(2.1.9)
Shunday qilib shtrixlari soni o’zgarmas bo’lganda panjaraning ajrata olish qobiliyati yuqori tartibli spektrlarga utganda ortadi. A ning maksimal qiymati m ning difraksiya burchagi sinusning qiymati birdan ortiq bo’lmaydi degan shartdan aniqlangan maksimal qiymatiga mos keladi. Shunday qilib panjaraning asosiy d formulasidan
(2.1.10)
ekanligini toramiz binobarin panjaraning maksimal ajrata olish qobiliyati.


(2.1.11)
Biroq Nd ko’paytma panjaraning umumiy kengligidir. Binobarin panjaraning maksimal ajrata olish qobiliyati panjaraning umumiy kengligi bilan aniqrog’i panjaraning birinchi va oxirgi shtrixidan tarqaladigan yorug’lik dastalari orasidagi maksimal yo’l farqi bu farq to’lqin uzunligi hisobida ifodalanadi ya’ni Nd/ bilan aniqlanadi.
Demak panjaraning maksimal ajrata olish qobiliyatini panjara kichik davirli (d₁) ko’p shtirixlardan (N₁ ) yoki katta davirli (d₂) uz shtirixlardan (N₂) tuzilgan bo’lishiga bog’liq emas faqat bunda bo’lsa kifoya. Biroq yaqin yaqin qilib kesib yasalgan panjara (d₁ kichik va N₁ katta) shart bajarilganda erek panjarani (d₂ katta va N₂ kichik) kabi maksimal ajrata olish qobiliyatiga ega bo’lgan holda qo’pol panjaradan nihoyat darajada ustun turadi chunki d kichik bo’lganda uncha yuqori bo’lmagan tartibga katta burchakli dispirsiya to’g’ri keladi. Qo’pol panjara esa ancha yuqori tartiblardagina o’shanday dispersiyaga va o’shanday ajrata olish kuchiga ega bo’ladi.
Yuqori tartibli spektrning intensivligi juda kichik bo’ladi chunki urama tez pasayib ketadi. Davrning shoffof qismini kamaytirish hisobiga urunmani kengaytirishga urinish behudadir chunki shaffof qismi kengaysa yoki kamaysa panjara o’tkazadigan yorug’lik oqimi kamayadi. Shuning uchun yuqori tartibli spektrlarda faqat fazoli panjaralarda ishlatilishi mumkin bu panjaralar m tartibning katta qiymatlarida energiyani ko’p konsentratsiyalaydi. Nihoyat d val juda kichik bo’lganda dispersiya sohasi ancha katta bo’ladi. Shuning uchun davri kichik shtirixlari soni ko’p va umumiy kengligiga katta bo’lgan panjaralarning amaliy ahamiyati katta. Oldin aytib o’tganmizdek spektirning ko’zga ko’rinadigan sohasiga mo’ljallangan yaxshi panjaralarning umumiy kengligi 150 mm bo’lib 100000 shitrixi bor.
Formulaning ko’rsatishicha spektral apparatining ajrata olish qobiliyati spektirning m tartibli bilan asbobda interferensiyalovchi dastalar soni ko’paytmasiga teng. Difraksion panjarada interferensiyalashuvchi dastalar soni panjaraning shtirixlari soniga teng. Lyummir Gerke plastinkasi yoki Fabri–Pero plastinkasi uchun n ni intensivligi ancha katta bo’lgan qaytgan yorug’lik dastalari soniga (effektiv nurlar soniga shartli ravishda teng deb olish mumkin. R qaytarish koeffisienti qancha katta bo’lsa effektiv nurlar soni shuncha katta bo’ladi. Maykelson interfrometrida N=2 Maykelson eshelonida N soni plastinkalar soniga teng va hokoza.
Ravshanki yaxshi difraksion panjaraning ajrata olish qobiliyati spektirning m tartibi juda kichik (2 yoki 3) bo’lganda n ning (panjara shtrixlarining umumiy sonining) nihoyatda katta bo’lishi hisobiga katta bo’ladi interferension spektrosqoplarda esa n uncha katta emas (20-30 dan ortiq emas) biroq m juda katta (bir necha o’n ming) m N ko’paytma asbobdan chiqayotgan eng chetgi yorug’lik dastalari orasidagi yo’l farqini to’lqin uzunligi orqali ifodalovchi kattalikdir. Ayni o’sha kattalik har qanday asbobning ajrata olish qobiliyatini aniqlaydi. Yuqorida ko’rib o’tilgan ajrata olish qobiliyati tushunchasiga Reley kriteriysi asos qilib olingan. Bu kritiriyning eng muhim tomoni ikki spektral chiziqdan hosil bo’lgan intensivlikning natijaviy taqsimotida ma’lum bir ulushni (masalan qo’shni maksimumlarning 80% ini) tashqil etadigan minimum bo’lishi kerakligi to’g’risidagi talabdir. Shunday qilib Reley kriteriysiga muvoffiq chiziq bitta bo’lgandagi va ikkita bo’lgandagi yoritilganliklar taqsimoti (mos ravishda markazda maksimum va minimum) orasida sifat jihatidan farq bo’lishi kerak ya’ni bu farq sinchiklab o’tkaziladigan miqdoriy o’lchashlarsiz bo’lib turadigan bo’lishi kerak. Boshqacha qilib aytganda Reley kriteriysi asosida farq vizual kuzatishlar nazarda tutadi.
Miqdoriy o’lchashlar o’tkaziladigan holda ajrata olish qobiliyati to’g’risidagi masala boshqacha tarizda ko’yilishi kerak. Ikki spektral chiziq bir-biriga shu qadar yaqin turgan bo’lsinki natijaviy taqsimotning o’rtasida yoritilganlikning minimumi emas balki maksimumi joylashsin ya’ni egri chiziqlarning ko’rinishi sifat tomonidan alohida a va v egri chiziqlarning ko’rinishi bilan bir xil bo’lsin. Shunga qaramasdan natijaviy intensivlikning bu taqsimoti chiziq bitta bo’lgan holdagi taqsimotidan miqdor jihatdan farq qiladi. Jumladan natijaviy taqsimotining kengligi chiziq bitta bo’lgan holdagi taqsimotdan kengroq bo’ladi. Bu farqni o’lchash mumkin agar o’lchash aniqligi yetarli darajada yuqori bo’lsa biz minerallanish spektrida bitta emas balki chiziq borligini aniqlash imkoniyatiga ega bo’lamiz. Shunday qilib miqdoriy o’lchashlar o’tkaziladigan holda ajrata olish kriteriysini bunday ta’riflash mumkin agar yoritilganlikning natijaviy taqsimoti chiziq bitta bo’lgan holdagi taqsimotidan o’lchash aniqligidan ortiq miqdorda farq qilsa ikki chiziq ajratilgan deb hisoblanadi.
Binobarin bu kriteriyga muvofiq difraksion panjaraning (yoki boshqa spektral apparatning) boshqa xossalari o’zgarmaganda spektral chiziq konturidagi intensivlik taqsimoti qancha aniq o’lchansa ajrata olish qobiliyati shuncha yuqori bo’ladi. Absalyut aniq o’lchanadigan limint holda ajrata olish qobiliyati chegarasiz ortadi.
Difraksion panjara yoki boshqa spektral apparatning impulisni fizik yo’l bilan hal qilinadi ya’ni difraksion spektrining bosh maksimumlari vaziyatini aniqlovchi shartga bo’ysinuvchi monoxramatik yorug’lik to’lqinlari kuzatiladi.
Optik asboblar orasida spektral apparatlar ancha muhim o’rin egallaydi bu apparatlar yorug’lik chiqarayotgan buyumning tasvirini hosil qilishga emas balki buyumdan kelayotgan yorug’likning spektral tarkibini tekshirishga mo’ljallangan. Spektral apparatning muhim qismi yorug’likni to’lqin uzunliklariga qarab ajratadigan qurilmadir. Bunday vazifani dispersiyasi ancha katta bo’lgan materiyaldan yasalgan prizma difraksion panjara yoki biroq interferension asbob bajaradi. Difraksion panjara va interfrension asboblar monoxramatik yorug’likka ancha yaqin bo’lgan yorug’likni batafsil aniq qilish uchun xizmat qiladi chunki bu asboblarning dispersion sohasi juda chegaralangandir. Shuning uchun ular ko’pincha prizmatik yoki difraksion spektral apparatlar bilan birga qo’shib ishlangan bo’ladi bu apparatlar eng ko’p tarqalgan.
Agar spektral apparat yorug’lik chiqaruvchi juda ensiz buyumning spektral ranglari tasvirini bera olsa toza spektir olish mumkin chunki to’lqin uzunligi jihatidan yaqin bo’lgan tasvirlar bir-birining ustiga tushmaydi. Shuning uchun asbobning muhim qismi ikki pichokdan iborat bo’lgan tirqish hisoblanadi pichoklarni vint yordamida bir-biriga yaqinlashtirish yoki bir-biridan uzoqlashtirish mumkin. Tirqishning ichki kengligi millimetirning mingdan bir ulushlaridan tartib undan bir ulushlarigacha boradi maxsus maksadlarda bundan ham kengroq tirqishlar ishlatiladi.
Prizmadan chiqadigan parallel dastalardan to’lqin uzunliklari turlicha bo’lgan nurlar turli yo’nalishga ega bo’ladi bu yo’nalishlar prizmalarning materaliga va soniga qarab bir necha gradusga teng burchaklar hosil qiladi. Biroq dispersiya katta bo’lganda ham yo’nalishlar farqi bir necha gradustan ortmaydi. Shuning uchun konura obektivining ko’rish maydoni uncha katta bo’lmaydi o’shaning evaziga zomonaviy apparatlardan ko’pincha nisbiy teshigi katta bo’lgan abektivlar talab qilinadi. Bu obektivlarning siferik aberratsiyasi va komasi tuzatilgan shart emas chunki to’lqin uzunligi turlicha bo’lgan nurlar plastinkaning turli muhitlardan yoki nuqtalaridan tasvir beradi. Shu sababli turli to’lqin uzunliklari uchun plastinkani tegishlicha og’dirish orqali tasvir aniq bo’ladigan qilinadi. Biroq sistemani shunday hisob kitob qilish kerakki bunda hosil bo’ladigan spektir bir tekislikda yotadigan bo’lsin. Aks holda fotoplastinkani tegishlicha egish kerak plastinkani maxsus shakilda kosema egadi.
Obektivlarning o’lchamlari prizmalarning o’lchamlariga muvofiq ravishda shunday talanadiki bunda turli to’lqin uzunligiga mos keluvchi turli yo’nalishdagi dastalar diafragmalanib qolmasin. Prizmaning o’lchamlari katta bo’lganda asbobga tushadigan yorug’lik miqdorigina apparatning yoritish kuchi emas asbobning ajrata olish qobiliyati ya’ni uzunligi bir-biriga yaqin bo’lgan to’lqinlarni farq qilish imkoniyati ortadi.
Kollimatorning optik o’kida yotgan tirqish markazidan chiqayotgan parallel dastaning tushish tekisligi prizmaning bosh kesimidir tirqishning boshqa nuqtalaridan chiqayotgan dastalar bosh kesimiga burchak hosil qilib tushadi va tirqishning tegishli nuqtasi markazdan qancha uzoqda yotgan bo’lsa bu dastalar shuncha kuchliroq sinadi. Shuning uchun to’g’ri exizik shaklidagi tirqish yoy tarzida tasvirlanib bu yoyning qavariq tomoni spektirning qizil chetiga qarab turadi. Tirqish qancha yuqori va kollimator obektivining foksi qancha bo’lsa spektral chiziqlarining bu egrilanishi shunchalik katta bo’ladi.
Ko’rinadigan yorug’lik bilan ishlashga mo’ljallangan asboblardagi prizma (va lazerlar) dispersiyasi katta bo’lgan. Shishadan yasaladi ultirabinafsha nurlar bilan ishlashga mo’ljallangan asboblardan prizma kvars yoki silvindan va flyuoritdan yasaladi. Infraqizil spektrograflar optikasi tosh tuz yoki silvindan shuningdek kvars flyuorit va boshqa maxsus materiallardan yasaladi.
To’lqin uzunligi turlicha bo’lgan nurlar yo’nalishi orasidagi burchak prizmalar soniga ularning materialiga va sindiruvchi burchaklarining kattaligiga bog’liq. Prizmalardan ba’zilari prizmadagi dispersiya prizmaning parallel nurlar dastasidan tutgan vaziyatiga ham bog’liq.
Tajriba o’tkaziladigan real sharoitlardan biz uzunligi l bo’lgan monoxramatik to’lqinlar bilan emas balki spektirning uzunligi a dan a+a gacha bo’lgan to’lqinlarni o’z ichiga olgan biror qismi bilan ish ko’ramiz. Bunday to’lqinlar to’plamining borligi spektral asboblarning ishini ancha qiyinlashtiradi ancha keng spektral interval bilan ishlashga to’g’ri kelganda bir-birini qisman qoplaydigan yuqori tartibli spektral kuzatiladigan asboblarning ishi ayniksa ko’p qiyinlashadi. Shunday qilib har bir apparat uchun a spektral intervalining limit kengligi bo’ladi kenglikning bu qismatida diskrit (bir-birini qoplaydigan) maksimum va minimumlar hosil qilish mumkin. Bu interval spektral apparatining dispersion sohasi (6) deb ataladi. Soddalik uchun tekshiralayotgan yorug’likning spektral tarkibi ko’rsatilgandek bo’lsin deb faraz kilamiz va difraksion panjaraning davrini topamiz.
Intervalning o’ng cheti (to’lqin uzunligi ) uchun m tartibli maksimumning o’rni.
(2.1.12)
shartdan aniqlanadi. Intervalning chap cheti (to’lqin uzunligi uchun tartibli maksimumning o’rni.
(2.1.13)
shartdan topiladi. Qo’shni bo’lgan tartiblarning maksimumlari quyidagi shartdan bir-birining usitiga tusha boshlaydi ya’ni intenferension manzara noaniq bo’lib qoladi.
(2.1.14)
Ya’ni (2.1.15)
Yoki (2.1.16)
Shunday qilib asbobning dispersion sohasi bu asbobda kuzatiladigan interferensiya tartibida bog’liq.
Interferension spektrosqoplarda va Maykelson ishlarida kuzatiladigan maksimumlar hamisha nihoyatda katta yo’l farqi 7 ga mos keladi ya’ni bu maksimumlar yuqori tartibli maksimumlardir (M- bir necha ming va bir necha o’n ming) shuning uchun 11000 ya’ni bu asboblardan dispirsion soha juda kichik bo’lib angestrumning ulushlari bilan o’lchanadi.
Difraksion panjarada odatda ikkinchi yoki uchunchi tartibli spektral kuzatiladi ya’ni m=2 yoki 3. Shunga muvofiq ravishda dispersion soha yoki juda katta. Difraksion panjaraning afzal tomoni ham xuddi manashundadir difraksion panjara xatto oq yorug’likni juda keng (bir necha ming angestrum) spektral intervalni analiz qilishga imkon beradi. Lyumer- Gerke plastinkasi esa bunday emas bu plastinkaga to’shayotgan yorug’lik bir angestrumdan ortiq spektral interval bo’lgan holdayoq u aniq maksimumlar bermaydi. Shuning uchun intenferension spektrosqoplar faqat juda bir jinsli bo’lgan yorug’likning masalan siyraklangan gazlar chiqaradigan spektral chiziqlarni analiz qilishgagina yaraydi. Intenferension spektrosqoplar bunday chiziqlarni analiz qilishda behuda xizmat ko’rsatib bu chiziqda bir necha koppometallar borligini (nozik struktura) topishga imkon beradi chiziqning kengligini baholaydi tashqi faktorlar ta’siri ostida o’zgarishlar sodir bo’lishini (ajralishlar) aniqlaydi (masalan Zeeymon effekti) va xokoza.
Dispersion sohaning ahamiyatini quyidagi tajribada juda yaqqol ko’rish mumkin. Simobli lampa yuqolgan paytda unda past bosimli simob bug’lari bo’ladi va bu paytda lampa ancha ensiz spektiral chiquvlar chiqaradib chiquvlar FABRE-PERO etaloni qatnashgan spektroskopda (ko’zgular orasidagi masofani 1sm ga yaqin) keskin maksimumlar va minimumlar beradi . Bir oz vaqt o’tgach lampa qiziydi bug’ zichligi ortadi chiziqlar shunchalik kengayib ketadiki integral asbobining dispersion sohasidagidan ortiq bo’lib qoladi. Maksimumlar qo’shilib ketadi va interfension manzara yuqoladi. Biroq lampa kuchli ravishda ventelyator bilan shamollatib turilsa lampa soviydi va maksimumlar yana ajraladi.
Turli xil spektorlar apparatlarning xossalari solishtirilgan yani ga teng bo’lgan dispersion soha
(2.1.17)
ajrata olish kuchi bo’lib u MN ga teng spektiralning yashil sohasi uchun tuzilgan.
Xossalarni qiyoslashdan shu narsa ko’rinadiki yaxshi difraksion panjaraning ajrata olish qobiliyati yaxshi interfension spektirosqoplarning ajrata olish qobiliyatiga yaqin bo’lib, biroq panjara qo’llanilishi sohasi jihatidan beqiyos darajada o’rin tutadi. Difreksion panjara vositasida erishiladigan eng yuqori natijalar olishda u bilan ishlash juda ehtiyotlikni talab qilishi panjaraning kamchiligi hisoblanadi. Biroq ajrata olish kuchi A~ 3*10-11-10-5 bo’lgan o’rtacha asboblar bilan ishlaganda difriksion eng yaxshi dispersiyalovchi element hisoblanadi. Panjara prizmali spektrograflardan afzaldir shu sababli difraksion spektral asboblar kengroq qo’llanadigan bo’ldi.
Murakkab to’lqin impulsini biz spektral apparat yordamida spektirga yoyamiz, ya’ni bu implusda to’plangan energiyani turli chastotalar bo’yicha taqsimlaymiz. Biroq bundan oldingi paragrifdan ma’lum bo’lishicha, energiyaning chastotalari bo’yicha taqsimot xarakteri ajrata olish kuchi turlicha bo’lgan. Spektiral asboblarda turlicha bo’ladi. Shunday qilib impulsning o’zi xossalariga ham, spektiral apparatning xossalariga ham bog’liq.
Asbobning ajrata olish qobiliyati qancha yuqori bo’lsa, bu asbob energiyaning spektirga yoyilish manzarasini shuncha kam buzadi. Aksincha, asbobning ajrata olish kuchi kichik bo’lganda energiya taqsimotining manzarasi asosan asbobning xossalariga bog’liq bo’lib,kuzatilayotgan impulsnng xususiyatlari aks ettirilmaydi. Biroq shuni esda tutish kerakki,ajrata olish kuchi cheksiz katta asbob bolan ishlaganda spektrogrammaning shakli implusning shakli bilan bir qiymatli aniqlangan bo’lishi kerakligiga qaramay,bunga teskari xulosa chiqarish notog’ri bunday spektrogrammmaga qarab biz to’lqin impulsini shakli to’g’risida xulosa chiqara olmagan bo’lar edik. Difraksion hodisalarning bir biridan muhim farq qiluvchi 2 ta holi ma`lumot,1- holda nuqtaviy yorug’lik manbai difreksion teshikkacha( yoki to’siqqacha) bo’lgan masofaga difreksion teshikdan difreksion manzara kuzatilayotgan nuqtagacha bo’lgan masofa juda katta yoki kcheksiz. Bu holda FRAON GOFER difraksiyasi deb ataluvchi yassi yorug’lik to’lqinlari difraksiyasi sodir bo’ladi. Odatda difraksion teshik kollimotordardan kelayotgan yorug’lik dastasi yordamida yoritiladi, difraksion manzara esa ko’rish turibasi orqali kuzatiladi. Kolimotor va ko’rish turibasi cheksizlikka to’g’rilanadi. Difraksion manzarada yorug’lik instivligining taqsimoti difraksiyalangan yassi yorug’lik to’lqinlari tarqalishining yo`nalishi bilan aniqlanadi va yorug’likning to’lqin uzunligiga hamda teshikning o’lchamiga bog’liq bo’ladi .
2–holda yuqorida qayd qilingan ikkala masofa chekli bo’ladi. Bu holda FRENI difraksiyasi deb ataluvchi sferik ( yoki yassi va sferik) yorug’lik to’lqinlari difraksiyasi sodir bo’ladi. Difraksion manzarada yorug’lik intensivligining taqsimoti faqat yorug’likning to’lqin uzunligi yoki teshikning diametrik bilangina emas balki yorug’lik manbadan teshikkacha teshikdan kuzatish nuqtasigacha bo’lgan masofa bilan ham aniqlanadi.teshikdan kuzatish nuqtasigacha bo’lgan masofani uzliksiz o’zgartirib,yorug’lik intensivligi taqsimotini FRENEL difraksiyasi natijasida teshik orqasidan hosil bo’ladigan butun fazoda o’rganish mumkin.
Difraksion hodisalar hollari orasidagi bu muhim farq ushbu vazifani yetarli darajada mustaqil bo’lgan 2 qismga bo’lishga olib kelishi tabiiy, ularning har biri difraksion hodisalarning asosiy hollaridan birini o’rganishga xizmat qiladi.
Yorug’lik chiziqlari spektirni manbadan chiqib, yorug’lik kondensatori va yorug’lik filterlaridan o’tadi, hamda kolimatorning dumaloq kirish teshigiga tushadi bu ko’p tabiiy yorug’lik manbai vazifasini o’taydi.
Kollimotor obektividan chiqayotgan yassi yorug’lik to’lqinlari difraksion hodisalar o’rganiladigan dumaloq yoki to’g’ri to’rtburchak teshikli ekranga tushadi,ekrandan keyin bu turiba orqali difraksion manzara kuzatiladi.
Tasvirlangan optikaviy qurilmaning sxemasi vazifaning birinchi qismida quyidagicha amalgam oshiriladi, hamma asboblar optikaviy tog’likda optikaviy sxemaga mos tartibda joylashtiriladi.
O’ta yuqori bosimli simob lampasi ( svdsh-250) yorug’lik o’tish darchalari bo’lgan maxsus g’ilof joylashgan. Labaratoriyadagi asboblarni lampaning ultrabinafsha nurlari tasiridan saqlash uchun bu darchalarga oyna o’rnatiladi. Foks masofasi F=75 mm linza kondensator vazifasini o’taydi. Mumkin qadar parallel yorug’lik dastasi hosil qilish uchun kalimotorning kirish teshigi juda kichik diametrik ( 0.05 mm) qilib yasalgan bu teshik yupqa alyumin folgada o’yilgan bo’lib maxsus gardishda o’zini mexanikaviy zarbalardan saqlab turadigan shisha bilan birga o’rnatilgan. Kollimotor cheksizlikka to’g’rilanadi kollimotorning kirish teshigidagi gardishda yorug’lik filtirlarini osonlik bilan yorug’lik dastasiga surib kiritish imkonini beruvchi maxsus moslama bo’ladi. Yorug’lik filtirlari simobning ayrim sipektral chiziqlarni ajratish uchun o’rnatiladi. Kollimotor obektivning gardishiga ustiga difraksion obektlar o’rnatilgan dumaloq qopqoqchalar navbat bilan qo’yilishi mumkun.
Okulyar mikrometri bo’lgan ko’rish turibasi cheksizlikka to’g’rilanadi. Cheksizlikka to’g’irlashga surilma patrupkaning bo’ylama shkalasidagi hisob mos keladi okelyar mikrometri bu potrupka klemalari vositasida silliq siljitiladi ko’rish turibasi maxsus shtativga o’rnatilgan bo’lib, bu shtativ turibani fazoda optimal ravishda orientirlash imkonini beradi.
Okulyar mikrometr difraksion moddalarni ham kuzatish ham o’lchash uchun xizmat qiladi. Buning uchun okulyarda katta bo’limlari bo’lgan mikrometrek vint bo’ladi. Barabandagi bir bo’limning qiymati 0.01 mm. Barabanning to’la aylanishi uchun chetidan ko’rinib turadigan qo’zg’almas bo’ylama shkala bo’yicha hisoblanadi. Tekshiriladigan difreksion obektlari quyidagicha yasalgan. Belgilangan diametrlar dumaloq teshik yuqoriga aytilgan kollimotor obektivga kiydiriladigan dumaloq qopqoqchalarning o’rnatilgan iris diafiragma ishlatiladi. Diafiragma diametirining kattaligi diafiragma richagi tagidagi qopqoqchda yozilgan shkala bo’yicha aniqlanadi. To’g’ri to’rtburchak teshik ramka shaklida yasalgan bo’lib uning ichki tomonidagi cheti xafsiz ustaraning oddiy tig’laridan tashkil topgan.
Burchak o’lchamlari yetarli darajada katta bo’lgan difraksion manzara hosil qilish uchun juda kichik difraksion teshikdan foydalanish kerak. Biroq bunday teshik yordamida yorug’likni kam o’tkazadi va hatto yorug’lik manbai sifatida svdsh-250 kabi ravshan lampadan foydalanganda ham undan hosil bo’ladigan difreksion manzara intasivligi vizual kuzatish uchun yetarli bo’lmaydi. Bu qiyinchilikni quyudagicha bartaraf etish mumkun. Nazariyadan ma`lumki, yassi yorug’lik to’lqinlari difraksiyasida teshikning ekran tekisligida siljishi difraksion manzaraning burchak kattaligiga ta`sir etmasligi kerak. Shuning uchun agar ekranda tartibsiz joylashgan bir xil teshiklar qilinsa u holda ulardan hosil bo’ladigan manzara kabi bo’ladi, uning intensivligi esa har bir teshik ayrim bergan intensivligi yig’indisiga teng bo’ladi. Teshiklarning tartibsiz joylashishi ayrim ishning shakli va kattaligiga emas balki ularning ekranda joylashish shakliga bo’liq bo’ladi.
Bayon etilgan mulohozalarga asoslanib, yetarli intensivlikdagi difraksion manzaraning kuzatishga imkon beruvchi tartibsiz joylashgan ko’p sondagi bir xil maydon dumoloq teshikli qopqoqlar yasalgan.
Disklardan hosil bo’ladigan difraksialarni kuzatish uchun ham xuddi anashu prinsiplardan foydalaniladi. Qopqoqlardan birining 2 ta shisha orasida foto pilyonka joylashgan bo’lib uning ustiga fotografik usulda bir xil diametrli mutloqo tartibsiz joylashgan xira kvadratchalar tushirilgan.
Difraksion obektlarni to’plamiga quyidagilar kiradi:
1) iris diafiragma
2) 0.90 mm diametrli yakka teshik
3) 0.90mm li diametrli teshiklar to’plami
4) 0.50 mm li diametrli teshiklar to’plami
5) o.59 x 0.92 mm diametrli to’g’ri to’rtburchak teshik
6) ustiga diametrik 0.52 mm ga teng bo’lgan juda ko’p xira teshikchalar tushitilgan shisha.
Ma’lumki yassi yorug’lik to’lqinlarining difraksiya hodisalari uchun difraksiyalangan yorug’lik dastalarining tarqalish yo`nalishi xarakterli parametr hisoblanadi. Kirish turibasi hisoblanadi. Ko’rish turibasi obektivning qaryib tekisligiga o’tish uchun 2 yo’nalish bo’yicha ketma ket mikrometr delta x siljishining ko’rish turibasi obektivning fokus masofasiga nisbatini olish kerak. O’lchash natijalarini ishlashda, hisoblash formulasining tarkibidagi difraksiya burchaklarining absalyut qiymatlari kerak bo’lganda xuddi shunday ish ko’rish lozim.
Difraksion manzaralarni kuzatishning hammasi qorong’i xonada olib borish lozim, bunda avvalo ko’zni har bir manzara uchun 1-3 minut ko’rintirib olish uchun. To’lqin impulsini biz spektral apparati yordamida spektrga yoyamiz, ya’ni bu impulusda to’plangan energiyani turli paragrafdan ma’lum bo’lishicha energiyaning chastotalari bo’yicha taqsimont xarakteri ajrata olish kuchi turlicha bo’lgan spektral asboblarda turlicha bo’ladi. Shunday qilib impulsni spektral asbob vositasida o’rganish natijasi impulsning o’zining xosslalariga uning vaqt o’tishi bilan o’zgarish qonuniga, ya’ni impulsning shakli va davom etish muddatiga ham qoboliyatiga ham bog’liq. Asbobning ajrata olish qobilyati yuqori bo’lsa, bu sabab energiyaning spektrga yoyish manzarasini shuncha kam bo’ladi aksincha asbobning ajrata olish kuchi kichik bo’lganda energiya taqsimotining manzarasi asosan asbobning xossalariga bog’liq bo’lib, qolib kuzatilayotgan impulusning xususiyatlarini aks ettirmaydi. Biroq shuni esada tutish kerakki, ajrata olish kuchi cheksiz katta asbob bilan ishlaganda spektrogommaning shakli impulusning shakli bilan bir qiymatli aniqlangan bo’lishi kerakligiga qaramay, bunga teskari xulosa chiqarish nog’oto’g’ri bunday spektrogrammaga qarab biz to’lqin impulisning spektrini aniqlaymiz.