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Vorrichtung zur Erzeugung von monochromatischem Licht Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von monochromatischem Licht mit zwei Kollimatoren,
die je eine Linse und einen Spalt von einstellbarem gegenseitigem Abstand enthalten,
und mit einem Prismensystem, das dazu dient, die aus der Linse des einen der beiden
Kollimatoren austretenden Strahlen der Linse des anderen Kollimators zuzuführen,
wobei die Linsen und das Prismensystem aus Material von gleichem Brechungsvermögen
bestehen und das Prismensystem um eine zu seinem Hauptschnitt senkrechte Achse drehbar
angeordnet und mit den beiden"Kollimatoren so gekuppelt ist, daß eine Drehung des
Prismensystems eine Einstellung des Abstandes der Linse und des Spaltes jedes Kollimators
zur Folge hat.
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Während bisher diese Kupplung immer nur von solcher Art vorgeschlagen
worden ist, daß der Prismendrehung eine streng richtige Einstellung des gegenseitigen
Abstandes der Linse und des Spaltes jedes Kollimators nur für zwei oder drei Farben
des Spektrums von verschiedener Wellenlänge entspricht, wird nach der Erfindung
die Kupplung von solcher Art vorgesehen, daß beim Durchgang eines aus der Linse
des einen der beiden Kollimatoren austretenden Lichtbündels durch das Prismensystem
im Minimum der Ablenkung stets der um einen konstanten Betrag verminderte Sinus
des Winkels, den der in das. Prismensystem eintretende bzw. austretende Achsenstrahl
für Licht von verschiedener Wellenlänge mit der Normalen zu der entsprechenden Fläche
des Prismensystems bildet, jenem gegenseitigen Abstand bei jedem der beiden Kollimato-ren
umgekehrt proportional ist, d. h. daß die Gleichung erfüllt wird
Diese Art der Kupplung liefert eine streng richtige Einstellung der Linse und des
Spaltes jedes Kollimators in Abhängigkeit von der Prismendrehung für beliebige Farben
des Spektrums von beliebiger Wellenlänge.
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Die neue Kupplung beruht auf folgender Überlegung. Bei einem Prisma,
durch welches ein Lichtbündel im Minimum der Ablenkung hindurchgeht, bildet sowohl
der einfallende als auch der austretende Strahl mit der zugehörigen Flächennormalen
einen Windel s. Nach bekanntem Gesetz ist der Sinus dieses Winkels proportional
dem Brechungsvermögen des Prismenmaterials. Es gilt also die Gleichung sin a = k1
# n. (2)
Es gilt ferner das Gesetz, daß die Brennwerte einer dünnen Linse
stets im umgekehrten Verhältnis zu dem um r verminderten Brechungsvermögen des Linsenmaterials
steht. Für den Fall, daß die Linse aus dem gleichen Material ist wie das Prisma,
gilt also die Gleichung
Aus den beiden Gleichungen (2) und (3) folgt ohne weiteres die Gleichunjz
die mit k1 - K1 und mit k1 k2 - K2 in die obige Gleichung
(i) übergeht. Eine besonders einfache Lösung ergibt sich, wenn ein Prismensystern
von konstanter Ablenkung gewählt wird.
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Eine zweckmäßige Kupplung zwischen dem Prismensystem und einem der
beiden Kollimatoren ergibt sich, wenn ein längs der Achse dieses Kollimators verschiebliches
Glied vorgesehen wird, längs dessen zwei Zapfen, die mit ihren Achsen in ein und
derselben zur Achse des Kollimators senkrechten Ebene liegen, in einer Richtung
verschieblich sind, die auf der Verschiebungsrichtung des Gliedes senkrecht steht,
wobei der eine dieser beiden Zapfen mit dem Prismensystem fest verbunden ist, während
der andere Zapfen mit seiner Achse im Scheitel des rechten Winkels eines rechtwinkligen
Hebels liegt, der um eine feste Achse seines einen Armes drehbar angeordnet ist
und ein längs seines anderen Armes verschiebliches Gleitstück enthält, das mittels
eines Bolzens an dem zur Regelung des Abstandes der Linse und des Spaltes des Kollimators
verschieblichen Teil des Kollimators drehbar so gelagert ist, daß die Drehachse
des Bolzens mit der festen -Drehachse des Hebels in einer der Achse des Kollimators
parallelen und zur Ebene des genannten rechtwinkligen Hebels senkrechten Ebene liegt
und von dieser festen Drehachse den gleichen Abstand hat, den Linse und Spalt des
Kollimators voneinander haben. Für den anderen der beiden Kollimatoren ist es dann
nur nötig, ihn so mit dem mit jener Kupplung ausgestatteten Kollimator zu kuppeln,
daß in: beiden Kollimatoren die gegenseitigen Abstände der Linse und des Spaltes
einander stets gleich sind.
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Ferner empfiehlt es sich noch, eine gemäß der Erfindung ausgestattete
Vorrichtung in bekannter Weise mit einer zweiten Vorrichtung der gleichen Art zu
einem sogenannten Doppelmonochrometer zu vereinigen.
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In der Zeichnung ist eine gemäß der Erfindung ausgestaltete Vorrichtung
zur Erzeugung von monochromatischem Licht in einer schematischen Grundrißansicht
dargestellt. Die Vorrichtung enthält . zwei mit ihren Achsen rechtwinklig zueinander
angeordnete Kollimatoren, deren einer eine Linse i und einen durch zwei Backen :2
erzeugten Spalt 3 und deren anderer eine Linse 4 und einen durch zwei Backen 5 erzeugten
Spalt 6 aufweist. Die Linsen i und 4. sind von gleichem Material und sitzen je in
einem Rohr 7 bzw. 8, während die Backen :2 und 5 je an einem Körper 9 bzw. io befestigt
sind. Zwischen: den beiden Linsen i und 4 ist ein Prisma ii von konstanter Ablenkung
um go° angeordnet, das von gleichem Material ist wie die Linsen i und 4 und die
Achse des Kollimators i, 3 durch Brechung und Spiegelung in die Achse des Kollimators
4, 6 überführt. Das Prisma i i ist durch Zusammenfügen von zwei rechtwinkligen 6o°-Prismen
und einem rechtwinkligen 45°-Prisma entstanden zu denken (s. die strichpunktierten
Linien). Wenn ein der Achse des Kollimators i, 3 paralleles Lichtbündel durch, das
Prisma z i im Minimum der Ablenkung hindurchgeht, so ist stets der Winkel, den jeder
in das Prisma eintretende Strahl des Lichtbündels mit der Normalen zu der Eintrittsfläche
bildet, gleich dem Winkel, den der entsprechende, aus dem Prisma austretende Strahl
des Lichtbündels mit der Normalen zu der- Austrittsfläche bildet, gleich s. Das
Prisma i i ruht auf einem Träger 1:2, der um eine Achse X-X drehbar ist. Der Träger
i2 enthält im Abstand C von seiner Drehachse X-X einen Zapfen 13, wobei die Richtung
der Verbindungslinie 13, X-X so gewählt sein muß, daß sie mit der Senkrechten
zur Achse des Kollimators i, 3 einen. Winkel einschließt, der jenem Winkel e gleich
ist. Der Zapfen 13 greift in einen Schlitz 14 eines Schlittens 15 ein. Der Schlitten
15 ist zwischen zwei Leisten 16 senkrecht zur Richtung des Schlitzes 14 gerade
so geführt, daß seine Verschiebungsrichtung der Achse des Kollimators i, 3 parallel
ist. Die Vorrichtung enthält ferner einen um eine Achse Y-Y drehbaren rechtwinkligen
Hebel, dessen beide Arme mit 17
und 18 bezeichnet sind. Die der Achse des
Kollimators i, 3 parallele Komponente B des Abstandes der Drehachse Y-Y des Hebels
17, 18 von der Drehachse X-X des Prismenträgers 12 ist von der Größe B =1/2
C. Im Scheitel des durch den rechtwinkligen Hebel 17, 18 dargestellten rechten Winkels
enthält der Hebel einen Zapfen ig, der ebenso wie der Zapfen 13 des Trägers 12 in
den Schlitz 14 des Schlittens 15 eingreift. Der Arm 18 des Hebels ist in einem Gleitstück
2o verschieblich, das mittels eines Zapfens 21 an dem Körper 9 so angelenkt ist,
daß die Achse des Zapfens 2 1 mit der Drehachse Y-Y des Hebels 17, 18 in
einer der Achse des Kollimators i, 3 parallelen und zur Ebene des Hebels 17, 18
senkrechten Ebene liegt und von dieser Drehachse den gleichen Abstand f hat wie
der Spalt 3 von der Linse i. Hat der Zapfen ig von der Drehachse Y-Y den Abstand
A, so hat die in die Verschiebungsrichtung des Schlittens 15 fallende Komponente
dieses Abstandes und damit auch der Abstand der Mittellinie des Schlitzes 14 von
der Drehachse Y-Y (als Fußpunktabstand des Lotes von ig auf die Hypotenuse Y-Y,
2i des rechtwinkligen Dreiecks 191 2i, Y-Y) den Wert=
Der Körper 9 ist zu dem: Zwecke der Änderung des Abstandes des Spaltes 3 von der
Linse
i und des Abstandes des Zapfens :2i von der Drehachse Y-Y des Hebels 17, 18 längs
einer Welle 22 in der Richtung der Achse des Kollimators 1, 3 verschieblich gelagert
und kann mittels einer Gewindespindel 2,3, die in den Körper 9 eingreift,
von einem Triebknopf 2:4 aus verschoben werden. Die Spindel 23
steht mittels
eines Kegelräderpaares Z5 mit einer der Achse des Kollimators q., 6 parallelen Gewindespindel
26 in Verbindung, die in den die Backen 5 für den Spalt 6 tragenden Körper io eingreift,
der längs einer Welle ::7 verschieblich angeordnet ist, die der Gewindespindel 26
parallel ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei jeder Stellung des Spaltes
3 der Abstand des Spaltes 6 von der Linse q. gleich dem Abstand des Spaltes 3 von
der Linse i ist und also, jenen Wert f hat.
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Zum Gebrauch ist vor dem . Spalt 3 die Lichtquelle anzuordnen, deren
Licht nacheinander in die verschiedenen Spektralfarben zerlegt werden soll. Da das
Licht durch das Prisma i i im Minimum der Ablenkung hindurchgeht, so ist, wie oben
erwähnt, immer der Sinus jenes Winkels s (für den Eintritt und den Austritt) proportional
dem Brechungsvermögen des Prismenmaterials. Für den Proportionalitätsfaktor k1 ist
der Wert-
gewählt, es gilt also die Gleichung
Für die Brennweite der dünnen Linsen i und q. gilt ferner, wie ebenfalls oben bereits
angegeben, der Satz, daß sie im umgekehrten Verhältnis zu dem um i verminderten
Brechungsvermögen desLinsenmaterials steht. Wenn der Proportionalitätsfaktor k2
den Wert g2 erhält, so gilt, weil das Material der Linsen das gleiche ist wie das
des Prismas, die Gleichung -
Aus den beiden Gleichungen folgt
Daß diese Gleichung durch die gewählte Kupplung bei beliebigen. Einstellungen am
Triebknopf 2,4 stets selbsttätig aufrechterhalten wird, geht aus der Zeichnung mit
den eingeschriebenen Werten hervor.