光栅的色散作用.docVIP

光栅的色散作用????光栅分为透射光栅和反射光栅，用得较多的是反射光栅.反射光栅又可分为平面反射光栅（或称闪耀光栅）及凹面反射光栅。光栅是一种多狭缝元件，光栅光谱的产生是单狭缝衍射和多狭缝干涉两者联合作用的结果。单狭缝衍射决定谱线的强度分布，多狭缝干涉决定谱线出现的位置。 图10－14是平面反射光栅的一段垂直于刻线截面的示意图.其色散作用可用光栅公式表示： 式中α、Q分别为入射角和衍射角，d为光栅常数，n为光谱级次，n＝0，±1，±2，…。α角规定为正值，如果Q角与α角在光栅法线同侧，α角取正值，异侧取负值。当n＝0时，即零级光谱，衍射角与波长无关，即无分光作用。在n＞0的相邻光谱级次之间，会产生不同级次光谱的重叠，可采用滤光片或低色散的棱镜分级器等方法消除。★ 光栅的光学特性光栅的光学特性有色散率、分辨率及闪耀三个方面表示。 色散率???? 当入射角α不变时，光栅的角色散率 可用光栅公式微分求得： 当Q很小且变化不大时，可以认为cosQ＝1。则，即光栅的角色散率只决定于光栅常数d及光谱级数n，可以认为是常数，不随波长而变，这样的光谱在长波及短波的各波段时波长间隔是一样的，称为“均排光谱”。这是光栅优于棱镜的一个方面。 在实际工作中常用线色散率表示，对于平面光栅来说，线色散率为： （凹面光栅的线色散率为，r为曲率半径） 式中f为会聚透镜的焦距。由于则cosQ＝1（Q≈6o）则。 分辨率光栅的分辨率R为光谱级次与光栅刻痕总数N（光栅的宽度与单位长度的刻痕的乘积），即 例如，对于一块宽度为50mm，单位长度刻痕数为1200条/mm的光栅，在第一级光谱中（n＝1），它的分辨率为： R＝nN＝1×50×1200＝6×104 可见光栅的分辨率比棱镜高得多，这是光栅优于棱镜的又一方面。光栅的宽度越大，单位长度的刻痕数越多，分辨率就越大。 闪耀特性???? 在平面光栅中，不同级次光谱的能量分布是不均匀的。未经色散的零级（n＝0）光谱的能量最大，按正负一级、二级光谱等逐级减弱。若将光栅的刻痕刻成具有三角形的槽线，使每一刻痕的小反射面与光栅平面保持一定的夹角，以控制每一个小反射面对光的反射方向，使光能集中在所需要的一级光谱上，获得特别明亮的光谱，这个现象称为闪耀，这种光栅称为闪耀光栅，刻痕小反射面与光栅平面夹角称为闪耀角。如图10－15所示。当入射角α、衍射角Q和闪耀角β相等时，即α＝Q＝β。，在衍射角Q的方向上可得到最大的相对强度。光栅方程式也适用于闪耀光栅，即: d（sinα+sinQ）＝nλ 当α＝Q＝β时, 2dsinβ＝nλβ λβ称为闪耀波长Q。 由闪耀光栅的制作看，闪耀角一定，闪耀波长也一定，即每块光栅都具有自己的闪耀特性---闪耀角，闪耀波长。在闪耀波长处，光的强度最大，而在闪耀波长附近其他波长的谱线强度仍然是比较高的。可由下式估计强度约为极大值的40％时的波长范围λn（n级光谱，λn也称闪耀范围） 式中λβ(1)是光栅的一级闪耀波长。例如，λβ(1)为3000.0nm，其一级闪耀波长范围为200～600nm，质量优良的闪耀光栅可以将约80％的光能集中到所需的波长范围内。 ????目前中阶梯光栅（Echelle光栅）已相当多地用于商品仪器，这是一种具有精密刻度的宽平刻痕的特殊衍射光栅。如图10－16所示。 它与普通的闪耀光栅相似，区别在于光栅的每一阶梯的宽度是其高度的几倍，阶梯之间的距离是欲色散波长的10～200倍，闪耀角大。由于中阶梯光栅具有很高的色散率、分辨率和集光本领，使用光谱区广，它在降低发射光谱检测限，改善谱线轮廓，多元素同时测定等方面都是很有用的。 ★光栅摄谱仪的工作流程????图10－17是常用的国产WSP－1型平面光栅摄谱仪的光路示意图，由光源B发射的光经三透镜L及狭缝S后投射到反射镜P1上，经反应后投射至凹面反射镜M下方的准光镜O1上，经O1反射以平行光束照射到平面光栅G上，复合光经光栅色散后，按波长顺序分开，不同波长的各平行光束又投射到凹面反射镜上方的物镜O2，平行光被聚焦到感光板的乳剂面上，得到按波长顺序展开的光谱。转动光栅台D,可同时改变光栅的入射角和衍射角，便可获得所需光谱的波长范围和改变光谱的级次。是二级衍射反射镜，图中虚线表示二次衍射光路。为了避免一次和二次衍射光谱的相互干涉，在暗箱前设一光...，将一次衍射光谱挡掉。不用二次衍射时，转动挡光板将二次衍射反射镜P2挡住。