第二章光谱仪及光电探测器件.ppt

大大提高了谱图的信噪比。FT-IR仪器所用的光学元件少，无狭缝和光栅分光器，因此到达检测器的辐射强度大，信噪比大。 波长(数)精度高(±0.01cm-1)，重现性好。 分辨率高。 扫描速度快。傅立叶变换仪器动镜一次运动完成一次扫描所需时间仅为一至数秒,可同时测定所有的波数区间。而色散型仪器在任一瞬间只观测一个很窄的频率范围,一次完整的扫描需数分钟。 主要应用于红外、远红外光波段。 光电子发射探测器主要有光电倍增管和微通道管探测器 半导体探测器有：半导体二极管型光电探测器、红外探测器、固体成像探测器等几种。 1、主要表征参数 4 电荷耦合器件（CCD） * * 衍射光强（正入射)： 相邻两衍射光的位相差 单缝衍射的强度分布，与光栅槽型有关。这里 （单缝两边沿处次波的位相差的一半） 多光束干涉强度分布受单缝衍射强度分布的调制 √随着刻槽线数N的增加，中心极大值的强度迅速增加，但中央极大不具有分光能力（白光） (1)光栅衍射光的强度： （2）光栅特性 √色散 描述经分光后不同波长的光线的分开程度 角色散率与衍射级次m成正比，利用高的光谱级次可使光栅的角色散率增大 线色散率 波长差为 的两条光谱线在谱仪的成象平面上两个象之间的分开距离， 在紫外及可见光谱区，常用的600线/mm光栅一级谱的角色散率约为 二级谱达 在一米光谱仪中一级线色散率为 ，其倒数为1.6nm/mm。 √分辨本领 分辨两条非常接近的谱线的能力。 瑞利准则 采用高的光谱级次m 和增大光栅的刻线总数均可使光栅的分辨本领提高。 例：一块宽10cm的1200线/mm的光栅，其一级光谱分辩本领是 分辨的波长差约为： 在5000埃附近，可 √ 光谱叠级 将出现光谱重迭 没有迭级的区域称为自由光谱区： 2 闪耀光栅 平面光栅零级衍射的能量最大，随着衍射级次的增高，衍射能量将逐渐减少。由于零级衍射没有色散，对分光无用，而色散高的二级、三级等强度较低，不利于使用光栅色散大的高级次。为了解决衍射能量的利用问题，现代光谱仪中经常采用闪耀光栅。它可使最大衍射能量集中在所需的级次上。 平面光栅 闪耀光栅 刻槽面法线将与光栅法线成 角 反射系数 与刻槽倾斜角 有关 √单缝衍射光强主极大发生在： 即满足反射定律的反射方向上 闪耀角条件 √求满足反射定律的反射方向上形成的明纹条件 光栅调在自准直光路时称李特洛装置， 闪耀波长 √通常在产品目录中给出了m =1的一级光谱的闪耀波长。在闪耀方向上，闪耀波长 的光强可以达到入射光强的80% √通常，闪耀光栅使用的一级光谱波长范围在 一级光谱波长范围在 3 光栅单色仪 单光栅单色仪 双光栅单色仪 G1，G2同方向转动，色散相加型 G1，G2反方向转动，色散相减型 第二节 干涉仪 1 法布里─珀罗干涉仪 两束透射光的光程差 干涉极大条件： 等倾干涉，同心圆环 透射光强： 精细度 干涉仪的通光特性是有波长选择性的，即具有滤光特性 F_P主要参数 √角色散率 线色散率 例：设f = 500mm， =500nm，得距干涉环中心1mm处（即 ）的线色散率的倒数 ，这比大型光栅摄谱仪至少要高一个数量级。 √自由光谱区范围 欲使干涉圆环不重迭时，入射光的光谱间隔的最大限度 重迭时： 例：L=0.5cm, 一般先需对入射光作色散，再送入F-P。 √分辩本领 精细度 例：设L = 5mm，R=0.9， =500nm，可得： 2 扫描干涉仪 亦称球面共焦扫描干涉仪，是在F--P干涉仪基础上发展起来的一种干涉仪 透射光最强条件： 设由于扫描，镜间距L发生变化改变， 扫描干涉仪的自由光谱区 扫描干涉仪使用时，要用一透镜将干涉仪中央平面上的干涉条纹成象到光屏的小孔光阑上，且只让中心干涉级通过而被探测器接收。当用压电晶体改变两反射镜间距离时，则可从小孔出射不同波长的单色光。 3 傅立叶变换光谱仪 √傅立叶变换光谱仪(FTIR)是将迈克尔逊干涉仪、调制技术与计算机技术相结合的一种新型光谱仪。 √傅立叶变换红外光谱仪是用于测量材料红外吸收和发射的主要方法。 设动镜相对于定镜的移动距离为x，故两镜的光程差为Δ=2x 探测器接收到的光强（光源单色时）： 测出周期即可得单色波长 如入射光为两等强度波数不同单色光，在动镜移动时由于两者的变化周期 不同，干涉图的衬比将变小。 设一连续光 反射镜 连续移动时，用光电接收器同步地记录下光通量的改变，就可得到 随 变化的干涉图。对 进行傅立叶积分反变换，即得到频谱图 第三节 光电探测器 √光探测器是指利用光子效应或光热效应把光辐射量转换成另一种便于测量的物理量的器件。 √从测量技术看，电量到目前为止是最