Цікава спектроскопія
Часто можна почути міркування про погану або хорошу передачу кольору в тій чи іншій камері, про незадовільний баланс білого. Спробуємо розібратися в цьому питанні не з суб'єктивної фізіологічної точки зору, оскільки всі ми небагато, а то й коні, то дальтоніки, і з об'єктивної, фізичної, тобто. Розберемося, які довжини хвиль реєструє камера і які можуть бути відтворені за допомогою електронно-променевого або рідкокристалічного монітора. Допоможе нам у цьому та сама камера, чию здатність сприймати світло тієї чи іншої довжини хвилі ми збираємося досліджувати. Як повелося ще від народження фотографії, камера для цього дуже непогано пристосована. Спектрограф – прилад для реєстрації спектрів різних випромінювань – складається з коліматора, диспергуючого елемента та фотокамери.
З фізичної точки зору колір визначається спектральним складом джерел світла та фільтрами, через які він проходить або відбивається. Відтворюється світло також за допомогою джерел, які або самі формують зображення, як у моніторі, або висвітлюють надруковані фотографії. Для того, щоб вивчити світло навколишніх джерел, нам потрібно розкласти його на складові. Щоб розкласти світло на складові, нам потрібний елемент, що диспергує. Їм може бути або призма, або дифракційні грати. Призма використовувалася Ньютоном вже триста років тому, а грати - Фраунгофером двісті років тому. З народженням фотографії вона одразу була використана для реєстрації спектрів. Вже в 1843 році Дрепер сфотографував сонячний спектр і на отриманому дагеротипі виявив нові темні лінії в ультрафіолетовій області. До темних ліній ми ще повернемося в цій статті, а поки що зазначу, що цифрова камера теж непогано пристосована для зйомки спектру. Хоча, звичайно, фотографій,порівнянних за якістю із роботами І.Ф. Усагіна, з її допомогою не отримаєш.
За минулі століття змінилися хіба що назви фірм, що випускають оптичні прилади. Сьогодні можна скористатися, наприклад, дифракційними фільтрами та призмами французької фірми Cokin. Найбільш підходять для наших цілей P040 Diffractor Cosmos та призму Prism Ref.219. Вона, природно, не єдина, але її вироби є найбільш доступними і продаються в багатьох магазинах Москви.
На жаль, і грати, і призми цієї фірми не мають маркування, що дозволяє їх використовувати хоча б у науково-пізнавальних цілях. Невідомий ні крок ґрат, ні дисперсія призми. Однак, їх можна спробувати визначити самостійно. З ґратами працювати простіше. По-перше, вона дешевша, по-друге, легша, по-третє, оптичну схему можна спорудити зі стандартних елементів тієї ж фірми, закріпивши всі оптичні елементи вздовж оптичної осі. Призма оптичну вісь ламає, і з кріпленнями елементів під кутом один до одного виникають додаткові труднощі. Калібрування у разі решітки теж дещо простіше. Знаючи кут відхилення та крок ґрат, можна обчислити довжину хвилі. Кут, якщо кадр одночасно потрапляє і джерело, і його спектр, можна обчислити, знаючи розмір пікселя і фокусну відстань об'єктива. Однак, як уже було сказано, крок ґрат нам невідомий, тому спробуємо його визначити за допомогою мікроскопа. На наведених нижче фотографіях зображені зняті під мікроскопом грати і об'єкт-мікрометр.
Хоча грати і досить посередні, але 4 мкм все одно близько до межі наших можливостей, тому добре б перевірити наші обчислення за допомогою якогось джерела з відомою довжиною хвилі. В принципі, якщо таке відоме джерело у нас є, то ми могли бі не рахувати штрихи решітки. Можна взяти, наприклад, гелій-неоновий лазер з відомою довжиною хвилі 632,8 нм, однак лазер не є найдоступнішим приладом. Лазерна указка теж дає відносно монохроматичне випромінювання, але, як буде показано надалі, у різних лазерних указок довжина хвилі дещо різниться, хоч і лежить у всіх поблизу 650 нм. Поводження з лазером і лазерною указкою вимагає дотримання запобіжних заходів. Проте найдоступніше рішення лежить на обідньому столі. Пуд солі нам не знадобиться і їсти його теж. Нам треба взяти зовсім трохи кухонної солі, розчинити її у воді, вмочити в розчин дріт і внести його в полум'я газового пальника. Ліній там кілька, але реперну точку 589 нм ми визначимо досить точно.