LBEDUCT - учебный набор на основе монохроматора Черни-Тернера

Учебная система LBEDUCT – это модульный монохроматор, построенный по классической схеме Черни-Тернера. Данная оптическая архитектура является стандартом для приборов средней и высокой дисперсии. Ее ключевая особенность – использование вогнутых зеркал вместо линз – полностью устраняет хроматические аберрации, обеспечивая высокое качество изображения спектральной щели и возможность работы в широком спектральном диапазоне.

Принцип работы системы основан на последовательной коллимации, пространственной дисперсии и фокусировке света. Излучение от выбранного источника (светодиод, лазер) фокусируется на входную щель, играющую роль точечного источника. Свет, прошедший через нее, падает на первое вогнутое сферическое зеркало, которое формирует параллельный (коллимированный) пучок. Этот пучок направляется на дифракционную решетку, установленную на поворотном столике с градуировкой. Решетка пространственно разлагает свет в спектр, отклоняя лучи разных длин волн под разными углами.

Дифрагированное излучение определенного порядка попадает на второе вогнутое зеркало, которое фокусирует выделенную узкую спектральную полосу на выходную щель. Таким образом, система работает как монохроматор: через выходную щель проходит только свет в очень узком интервале длин волн. Центральная длина волны этого интервала плавно изменяется путем точного поворота дифракционной решетки с помощью столика. Для регистрации интенсивности свет, прошедший через выходную щель, фокусируется линзой на кремниевый фотодиод. Фототок усиливается и преобразуется в напряжение, измеряемое мультиметром или регистрируемое системой сбора данных.

Конструкция схемы Черни-Тернера характеризуется фиксированным углом между оптическими осями коллимирующего и фокусирующего зеркал. Этот угол является ключевым параметром, связывающим угол падения света на решетку с длиной волны, которая в данный момент проходит через выходную щель. Данная зависимость используется для калибровки прибора: после определения этого угла по контрольной спектральной линии, показания поворотного столика решетки однозначно соответствуют определенной длине волны.

Рис. 1 – Принципиальная оптическая схема сканирующего монохроматора Черни-Тернера

Экспериментальные возможности системы включают:

1. Сканирование спектров излучения.
   Путем пошагового поворота решетки и регистрации сигнала фотодиода строится полное спектральное распределение интенсивности исследуемого источника.

2. Измерение спектров поглощения (пропускания).
   Для образцов (жидкостей, газов, твердых пленок) регистрируются два спектра: опорный спектр (без образца) и спектр образца (с образцом, установленным в коллимированный пучок). Отношение этих спектров дает спектр пропускания, напрямую связанный с коэффициентом поглощения вещества по закону Бугера-Ламберта-Бера.

Рис. 2 – Пример экспериментальных данных: опорный спектр и спектр образца (узкополосного интерференционного фильтра)

Модульность системы позволяет пользователю изменять ее ключевые параметры: устанавливать дифракционные решетки с разным количеством штрихов на миллиметр, регулировать ширину входной и выходной щелей, а также заменять источники и детекторы. LBEDUCT служит идеальной платформой для изучения основ дисперсионной спектроскопии, методов калибровки спектральных приборов и практического освоения техники спектрального анализа.