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光柵光譜儀
閱讀�6479�(shí)間:2018-06-27 09:12:29

光柵光譜儀是將成分�(fù)雜的光分解為光譜線的科學(xué)儀器。通過(guò)光譜儀�(duì)光信息的抓取、以照相底片顯影,或電腦化自�(dòng)顯示�(shù)值儀器顯示和分析,從而測(cè)知物品中含有何種元素�
光柵光譜儀被廣泛應(yīng)用于顏色�(cè)�、化�(xué)成份的濃度測(cè)量或輻射度學(xué)分析、膜厚測(cè)量、氣體成分分析等�(lǐng)域中�

介紹

  光譜分析方法作為一種重要的分析手段,在科研、生�(chǎn)、質(zhì)控等方面,都�(fā)揮著極大的作用。無(wú)論是穿透吸收光�,還是熒光光�,拉曼光�,如何獲得單波長(zhǎng)輻射是不可缺少的手段。由于現(xiàn)代單色儀可具有很寬的光譜范圍(UV-IR),高光譜分辨率(到0.001nm�,自動(dòng)波長(zhǎng)掃描,完整的電腦控制功能極易與其他周邊設(shè)備融合為高性能自動(dòng)�(cè)試系�(tǒng),使用電腦自�(dòng)掃描多光柵單色儀已成為光譜研究的�
  �(dāng)一束復(fù)合光線�(jìn)入單色儀的入射狹�,首先由光學(xué)�(zhǔn)直鏡匯聚成平行光,再通過(guò)衍射光柵色散為分�(kāi)的波�(zhǎng)(顏色)。利用每�(gè)波長(zhǎng)離開(kāi)光柵的角度不�,由聚焦反射鏡再成像出射狹縫。通過(guò)電腦控制可精確地改變出射波長(zhǎng)�

參數(shù)

  分辨�
  光柵單色儀的分辨率R是分�(kāi)兩條臨近譜線能力的度量,根據(jù)羅蘭判據(jù)為:
  R=λ/Δλ
  光柵光譜儀中有�(shí)際意義的定義是測(cè)量單�(gè)譜線的半高寬(FWHM)。實(shí)際上,分辨率依賴于光柵的分辨本領(lǐng)、系�(tǒng)的有效焦�(zhǎng)、設(shè)定的狹縫寬度、系�(tǒng)的光�(xué)像差以及其它參數(shù)�
  R∝M·F/W
  M-光柵線數(shù)F-譜儀焦距W-狹縫寬度�
  色散
  光柵光譜儀的色散決定其分開(kāi)波長(zhǎng)的能�。光譜儀的倒線色散可計(jì)算得到:沿單色儀的焦平面改變距離χ引起波長(zhǎng)λ的變�,即�
  Δλ/Δχ=dcosβ/mF
  這里d、�、F分別是光柵刻槽的間距、衍射角和系�(tǒng)的有效焦�,m為衍射級(jí)�。由方程可見(jiàn),倒線色散不是常數(shù),它隨波�(zhǎng)變化。在所用波�(zhǎng)范圍�(nèi),變化可能超�(guò)2倍。根�(jù)�(guó)家標(biāo)�(zhǔn),在本樣本中,用1200l/mm光柵色散的中間值(典型的為435.8nm)時(shí)的倒線色散�
  帶寬
  帶寬是忽略光�(xué)像差、衍射、掃描方�、探�(cè)器像素寬度、狹縫高度和照明均勻性等,在給定波長(zhǎng),從光譜儀輸出的波�(zhǎng)寬度。它是倒線色散和狹縫寬度的乘積。例�,單色儀狹縫�0.2mm,光柵倒線色散�2.7nm/mm,則帶寬�2.7×0.2=0.54nm�
  波長(zhǎng)精度、重�(fù)性和�(zhǔn)確度
  波長(zhǎng)精度是光譜儀確定波長(zhǎng)的刻度等�(jí),單位為nm。通常,波�(zhǎng)精度隨波�(zhǎng)變化�
  波長(zhǎng)重復(fù)性是光譜儀返回原波�(zhǎng)的能�。這體�(xiàn)了波�(zhǎng)�(qū)�(dòng)�(jī)械和整�(gè)儀器的�(wěn)定性。卓立漢光的光譜儀的波�(zhǎng)�(qū)�(dòng)和機(jī)械穩(wěn)定�,其重復(fù)性超�(guò)了波�(zhǎng)精度�
  波長(zhǎng)�(zhǔn)確度是光譜儀�(shè)定波�(zhǎng)與實(shí)際波�(zhǎng)的差�。每�(tái)單色儀都要在很多波�(zhǎng)檢查波長(zhǎng)�(zhǔn)確度�
  F/#
  F/#定義為光譜儀焦距與準(zhǔn)直凹面反射鏡的直徑的比�。光通過(guò)效率與F/#的平方成反比,F(xiàn)/#愈小,光通過(guò)率愈��

選取因素

  1、閃耀波長(zhǎng),閃耀波長(zhǎng)為光柵衍射效率點(diǎn),因此選擇光柵時(shí)�(yīng)盡量選擇閃耀波長(zhǎng)在實(shí)�(yàn)需要波�(zhǎng)附近。如�(shí)�(yàn)為可�(jiàn)光范�,可選擇閃耀波長(zhǎng)�500nm�
  2、光柵刻�,光柵刻線多少直接關(guān)系到光譜分辨率,刻線多光譜分辨率�,刻線少光譜�(fù)蓋范圍寬,兩者要根據(jù)�(shí)�(yàn)靈活選擇�
  3、光柵效�,光柵效率是衍射到給定級(jí)次的單色光與入射單色光的比值。光柵效率愈�,信�(hào)損失愈小。為提高此效�,除提高光柵制作工藝�,還采用特殊鍍膜,提高反射效��
  光柵方程
  反射式衍射光柵是在襯底上周期地刻劃很多微�(xì)的刻�,一系列平行刻槽的間隔與波長(zhǎng)相當(dāng),光柵表面涂上一層高反射率金屬膜。光柵溝槽表面反射的輻射相互作用�(chǎn)生衍射和干涉。對(duì)某波�(zhǎng),在大多�(shù)方向消失,只在一定的有限方向出現(xiàn),這些方向確定了衍射級(jí)�。光柵刻槽垂直輻射入射平�,輻射與光柵法線入射角為α,衍射角為�,衍射級(jí)次為m,d為刻槽間�,在下述條件下得到干涉的極大值:Mλ=d(sinα+sinβ�
  定義φ為入射光線與衍射光線夾角的一�,即φ=(α-β)/2;θ為相對(duì)于零�(jí)光譜位置的光柵角,即θ=(α+β)/2,得到更方便的光柵方程�
  mλ=2dcosφsinθ
  從該光柵方程可看出:
  �(duì)一給定方向β,可以有幾�(gè)波長(zhǎng)與級(jí)次m相對(duì)�(yīng)λ滿足光柵方程。比�600nm的一�(jí)輻射�300nm的二�(jí)輻射�200nm的三�(jí)輻射有相同的衍射角,這就是為什么要加消二級(jí)光譜濾光片輪的意��
  衍射�(jí)次m可正可負(fù)�
  �(duì)相同�(jí)次的多波�(zhǎng)在不同的β分布�(kāi)�
  含多波長(zhǎng)的輻射方向固�,旋�(zhuǎn)光柵,改�?chǔ)粒瑒t在�+β不變的方向得到不同的波長(zhǎng)�

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