光柵光譜儀工作原理的相關(guān)分析
更新日期:2017-01-10
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光柵光譜儀工作原理的相關(guān)分析
光柵光譜儀是指利用折射或衍射產(chǎn)生色散的一類光譜測(cè)量?jī)x器。光柵光譜儀是光譜測(cè)量中zui常用的儀器。它由入射狹縫S1、準(zhǔn)直球面反射鏡M1、光柵G、聚焦球面反射鏡M2以及輸出狹縫S2構(gòu)成。是一種多應(yīng)用于野外觀測(cè)用的可以將成分復(fù)雜的光分解為光譜線的科學(xué)設(shè)備。例如日常我們看到的陽(yáng)光中的光線成分,經(jīng)過(guò)光柵光譜儀的分析,按波長(zhǎng)排列,可見(jiàn)光只占光譜中很小的范疇,其余都是肉眼無(wú)法分辨的光譜,如紅外線、微波、紫外線、X射線等等。
衍射光柵是光柵光譜儀的核心色散器件。它是在一塊平整的玻璃或金屬材料表面(可以是平面或凹面)刻畫(huà)出一系列平行、等距的刻線,然后在整個(gè)表面鍍上高反射的金屬膜或介質(zhì)膜,就構(gòu)成一塊反射試驗(yàn)射光柵。相鄰刻線的間距d稱為光柵常數(shù),通??叹€密度為每毫米數(shù)百至數(shù)十萬(wàn)條,刻線方向與光譜儀狹縫平行。
入射光經(jīng)光柵衍射后,相鄰刻線產(chǎn)生的光程差。光柵方程將某波長(zhǎng)的衍射角和入射角通過(guò)光柵常數(shù)d起來(lái), 為入射光波長(zhǎng),m為衍射級(jí)次,取 等整數(shù)。式中的“ ”號(hào)選取規(guī)則為:入射角和衍射角在光柵法線的同側(cè)時(shí)取正號(hào),在法線兩側(cè)時(shí)取負(fù)號(hào)。如果入射光為正入射 ,光柵方程變?yōu)?。衍射角度隨波長(zhǎng)的變化關(guān)系,稱為光柵的角色散特性,當(dāng)入射角給定時(shí),可以由光柵方程導(dǎo)出,復(fù)色入射光進(jìn)入狹縫S1后,經(jīng)M2變成復(fù)色平行光照射到光柵G上,經(jīng)光柵色散后,形成不同波長(zhǎng)的平行光束并以不同的衍射角度出射,M2將照射到它上面的某一波長(zhǎng)的光聚焦在出射狹縫S2上,再由S2后面的電光探測(cè)器記錄該波長(zhǎng)的光強(qiáng)度。
光柵G安裝在一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)上,當(dāng)光柵旋轉(zhuǎn)時(shí),就將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)依次聚焦到出射狹縫上,光柵光譜儀光電探測(cè)器記錄不同光柵旋轉(zhuǎn)角度(不同的角度代表不同的波長(zhǎng))時(shí)的輸出光信號(hào)強(qiáng)度,光柵光譜儀即記錄了光譜。