光柵光譜儀是將成分�(fù)雜的光分解為光譜線的科學(xué)儀�。通過光譜儀對光信息的抓�、以照相底片顯影,或電腦化自動顯示數(shù)值儀器顯示和分析,從而測知物品中含有何種元素�
光柵光譜儀被廣泛應(yīng)用于顏色測量、化�(xué)成份的濃度測量或輻射度學(xué)分析、膜厚測量、氣體成分分析等�(lǐng)域中�
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�。無論是穿透吸收光�,還是熒光光�,拉曼光�,如何獲得單波長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(�0.001nm�,自動波長掃描,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測試系統(tǒng),使用電腦自動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,再通過衍射光柵色散為分開的波長(顏色)。利用每個波長離開光柵的角度不同,由聚焦反射鏡再成像出射狹縫。通過電腦控制可精確地改變出射波長�
分辨�
光柵單色儀的分辨率R是分開兩條臨近譜線能力的度量,根�(jù)羅蘭判據(jù)為:
R=λ/Δλ
光柵光譜儀中有實際意義的定義是測量單個譜線的半高�(FWHM)。實際上,分辨率依賴于光柵的分辨本領(lǐng)、系�(tǒng)的有效焦長、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波長的能�。光譜儀的倒線色散可計算得到:沿單色儀的焦平面改變距離χ引起波長λ的變�,即�
Δλ/Δχ=dcosβ/mF
這里d、β、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�。由方程可見,倒線色散不是常數(shù),它隨波長變化。在所用波長范圍內(nèi),變化可能超�2�。根�(jù)國家�(biāo)�(zhǔn),在本樣本中,用1200l/mm光柵色散的中間值(典型的為435.8nm)時的倒線色散�
帶寬
帶寬是忽略光�(xué)像差、衍�、掃描方�、探測器像素寬度、狹縫高度和照明均勻性等,在給定波長,從光譜儀輸出的波長寬�。它是倒線色散和狹縫寬度的乘積。例如,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�
波長精度、重�(fù)性和�(zhǔn)確度
波長精度是光譜儀確定波長的刻度等�,單位為nm。通常,波長精度隨波長變化�
波長重復(fù)性是光譜儀返回原波長的能力。這體�(xiàn)了波長驅(qū)動機(jī)械和整個儀器的�(wěn)定性。卓立漢光的光譜儀的波長驅(qū)動和�(jī)械穩(wěn)定�,其重復(fù)性超過了波長精度�
波長�(zhǔn)確度是光譜儀�(shè)定波長與實際波長的差值。每臺單色儀都要在很多波長檢查波長準(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�。光通過效率與F/#的平方成反比,F(xiàn)/#愈小,光通過率愈高�
1、閃耀波長,閃耀波長為光柵衍射效率點,因此選擇光柵時�(yīng)盡量選擇閃耀波長在實驗需要波長附�。如實驗為可見光范圍,可選擇閃耀波長�500nm�
2、光柵刻�,光柵刻線多少直接關(guān)系到光譜分辨�,刻線多光譜分辨率高,刻線少光譜�(fù)蓋范圍寬,兩者要根據(jù)實驗靈活選擇�
3、光柵效�,光柵效率是衍射到給定級次的單色光與入射單色光的比�。光柵效率愈�,信號損失愈�。為提高此效�,除提高光柵制作工藝外,還采用特殊鍍�,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。對某波�,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�。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為相對于零級光譜位置的光柵�,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:
對一給定方向β,可以有幾個波長與級次m相對�(yīng)λ滿足光柵方程。比�600nm的一級輻射和300nm的二級輻��200nm的三級輻射有相同的衍射角,這就是為什么要加消二級光譜濾光片輪的意義�
衍射級次m可正可負(fù)�
對相同級次的多波長在不同的β分布開�
含多波長的輻射方向固�,旋�(zhuǎn)光柵,改變α,則在α+β不變的方向得到不同的波長�