-
Ellipsoidmonochromator Die Herstellung von monochromatischem Licht
erfolgt heute entweder vermittels Monochromatoren oder durch Anvwndung von Filtern
sowohl von Farbgläsern als auch von Farbstofflösungen.
-
Für wissenschaftliche Versuche auf dem Gebiete der Strahlenabsorption
und der Atomphysik ist aber nicht nur absolut monolchrolmatisches Licht erforderlich,
sondern dieses muß auch in starken Intensitäten herstellbar sein.
-
Die mit den heutigen Monochromatoren erzielbaren relativ geringen
Lichtmengen genügen für die Versuche nicht, weil die Lichtempfindlichkeit der zu
untersuchenden Stoffe nur in den seltensten Fällen genügend groß ist. Aus diesen
Gründen werden in den Versuchsanstalten an Stelle von Monochromatoren meistens Lichtfilter
verwendet, die für siede Wellenlänge eigens hergestellt werden müsseln und die mit
verschiedenen Nachteilen behaftet sind. Erstens ist eine - tatsächliche Monochromasie
nicht zu erreichen, zweitens sind die Filter temperaturabhängig und ihre Durchlässigkeit
für die verlangte Wellenlänge verschiedentlich sehr gering. Es gilt dies sowohl
für Farbgläser als auch für organische Farbstofflösungen.
-
Ziel vorstehender Erfindung ist, diesem Mangel abzuhelfen und einen
Monochromator zu konstruieren, der nicht nur absolut molno chromatisches Licht in
den erforderlichen hohen Intensitäten liefert, sondern auch sowohl monochromatische
als auch gemischtwellige Strahlen in einem bisher noch nicht gekannten Grade zu
bündeln vermag.
-
Es sind wohl beute sog. Fokalmonochromatoren bekannt, bei welchen
von der für verschicdene Wellenlängen verschicdenen Brechung einer Linse Gebrauch
gemacht wird; auch die Anwendung von Spiegeln in
Form eines Ellipsoids
ist bekannt, um weit geöffnete Lichtbüschel in Büschel kleinen Querschnitts und
großer Intensität umzuwandeln.
-
Vorstehende Erfindung, die von diesen beiden Vorrichtungen Gebrauch
macht, besteht in einem Monochromator, bei dem an einem außen verspiegelten durchsichtigen
bzw. strahlendurchlässigen Körper in Gestalt eines Ellipsoids eine Fläche derart
angeschliffen ist, daß ein auf diese Fläche auffallendes vielfarbiges, weit geöffnetes
Lichtbüschel derart gebrochen wird, daß aus dem Ellipsoid durch eine nicht verspiegelte
Fläche ein monochromatisches Lichtbüschel kleinen Querschnitts austritt. Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung dieser Erfindung ist eine vor der angeschliffenen Fläche
angeordnete Linse verschiebbar angeordnet.
-
Die Erfindung wird in den Zeichnungen Bild I bis 6 erläutert. In
Bild I ist ein Objektiv in Ellip soidform dargestellt, dessen Wirkungsweise, wie
bekannt, die folgende ist.
-
Wenn die Oberfläche des Ellipsoids verspiegelt ist, dann werden nach
bekannten Gesetzen Lichtstrahlen, die durch. einen Brennpunkt einfallen, nach dem
anderen Brennpunkt reflektiert. Die hierbei zurückgelegten Wege sind von Brennpunkt
zu Brennpunkt gemessen immer dem doppelten Betrag der Hauptachses gleich, welcher
Umstand darum wichtig ist, weil dadurch Interferenzerscheinungen für alle Strahlen,
die durch einen Brennpunkt in das Ellipsoid einfallen, vermieden werden. Anders
verhält es eich mit Strahlen, die nicht durch einen Brennpunkt einfallen. Diese
werden wohl auch reflektiert, gelangen aber niemals in einen der beiden Brennpunkte,
sonden verlassen nach einer mehr oder weniger großen Anzahl von Reflezionen das
Ellipsoid an der gleichen Stelle, wo sie eingefallen sind.
-
Wir wollen uns nunmehr nur mit den Strahlen beschäftigen, die durch
einen Brennpunkt in das Ellipsoid einfallen, und ersehen aus Bild 1, daß diese Strahlen
jeweils von einem Brennpunkt nach dem anderen geworfen werden, wobei sich ihre Richtung
immer mehr der Hauptachse nähert, um zuletzt mit dieser zusammenzufallen.
-
Wenn die Verspiegelung des Ellipsoids an dem Schnittpunkt mit der
Hauptachse bzw. in der Nähe derselben unterbrochen ist, in der Form, daß sich am
Punkt F eine düsenförmige Öffnung in der Spiegelfiäche befindet, dann gehen sämtliche
Strahlen, gleidigültig aus welcher Rictung sie ursprünglich bei F2 in das Ellipsoid
gelangt sind, in Form eines dünnen Strahienbündels ins Freie.
-
In Bild 2 ist ein durch ein geeignetes Objektiv L1 einfallendes Strahlenbündel
S-T dargestellt, das bei der Düse F das Ellipsoid wieder verläßt. In Bild 3 ist
diese Düse F vergrößere dargestellt und der Winkel des austretenden Straliienbündels
mit a bezeichnet.
-
Um ein Strahlenbündel mit möglichst geringem Winkel zu erhalten, ist
es erforderloch, die Düse F möglichst nahe der Hauptachse zu legen. Das austretende
Strahlenbündel kann gemäß Bild 4 durch eine Linse L; parallel gerichtet werden.
Die Entfernung zwischen der Linsen, und dem Ellipsoid wird derart gewählt, daß der
Brennpunkt der Linse mit dem BrennpunktFz, des Ellipsoids, unter Berücksichtigung
der bei F auftretenden Strahlenbrecuhng, zusammenfällt.
-
Es muß auch noch beachtet werden, daß die Düsenöffnung f größer dimensioniert
wird als der Querschnitt des austretenden Strahlenbündels, weil sonst Interferenzerscheinungen
auftreten würden.
-
Nun ist auch noch zu berücksichtigen, daß die bei F2 eintretenden
Strahlen beim Wechsel des Mediums von beispielsweise Luft in Glas eine Brechung
erfahren. Die Anwendung gemäß Bild 2 würde es nicht ermöglichen, daß der Brennpunkt
des Objektivs L1 mit dem Brennpunkt F2 zusammenfällt, denn die Krümmung der Ellipsoidoberfläcvhe
liegtnicht achsensymmertrisch. Dies ist beispielsweise dadurch zu erreichen, daß
das Ellipsoid an dieser Stelle parallel zur Längschse geschliffen wird, wie dies
in Bild 6 dargestellt ist; dann wird das einfallende Strahlenbündel achsensymmetrisch
gebrochen, und die beiden Brennpunkte fallen zusammen.
-
Bei Verwendung von Strahlen verschiedener Wellenlänge werden diese
aber verschieden gebrochen, und wir erhalten nicht einen einzigen Brennpunkt, sondern
in der Achse J eine Reihe von Breunpunkten in Form einer Spektralachser-v, entsprechend
den Wellenlängen der verwendeten Strahlen. Da aber nur diewenigen Strahlen in dem
Ellipsoid gebündelt und durch die Düse F ausgestrahlt werden die durch den Brennpunkt
f eingefallen sind, so ist man in der Lage, aus den Strahlen eine bestimmte Wellenlänge
auszusuchen, indem man das Objektiv L1 vermittels einer Mikrometerschraube axial
bewegt. Entsprechend der Bewegung des Objektivs L1 wird die Spektralachse r-i' axial
verschoben und entsprechend der Verschiebung der Spektralachse die Farbe der austretenden
Strahlen geändert. Die Vorrichtung erhält auf diese Weise die Eigenschaft eines
Monochromators.
-
Veb wendet man als Lichtquelle glühende Gase von Elementen, z.B.
Quecksilber, dann weist die Spektralachse keine geschlossene Kette von Brennpunkten
auf, sondern nur diejenigen Brennpunktie, die den Spektrallinien des betreffenden
Elements entsprechen.
-
Wenn man die Absicht hat, sämtliche Strahlen einer inhomogenen Lichtquelle
ohne Rücksicht auf die Wellenlänge zu verwenden, dann muß die Eintrittsstelle der
Strahlen bei F2 nicht eben geschliffen oder mit einer solchen Krümmung versehen
sein, die die Bildung einer Spektralachse ermöglicht, sondern, wie in Fig. 5 dargestellt,
muß die Eintrittsstelle in Form einer Kugeloberlfäche geschliffen sein, deren Mittelpunkt
mit f2 zusammenfällt. Die einfallenden Strahlen treffen dann unter einem rechten
Winkel auf und gelangen ungebrochen in den Brennpunkt F2.
-
Die beschriebenen Schliffe an der Eintrittsstelle der Strahlen stellen
nur Beispiele dar.