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第十二章 光栅光谱仪 光栅光谱仪是一类色散型光谱仪，具有波长工作范围宽，色散线性好，制作容易，对 环境要求低等一系列优点，是目前应用最广泛的一种光谱仪。它是光谱测量分析、产生单 色光波的较精密的光学仪器。配备光源，光探测器和其它仪器构成的综合测量系统，用于 研究物质结构，材料性能和量化测试分析，用于光透过率，吸光度，吸收系数，原子分子 光谱，黑体辐射，色度学和拉曼光谱以及单光子等实验。图12-1 分别是科研和实验教学用 的较现代化的一套光栅光谱仪组合测量装置。 图12-1 一套光栅光谱仪组合测量装置 §1 结构光路 图12-2 是一种称为Czerny-Turner 型光栅光谱仪的原理光路图。入射光聚焦在入射 狭缝Ｓ1 平面，形成狭窄的缝型光束，入射光经平面反射镜Ｍ1 转向凹面反射镜Ｍ2，Ｍ2 至Ｓ1 的距离等于Ｍ2 的焦距，故其反射光是平行光。入射的平行光束经固定在底座上的光 栅 G 衍射后，不同波长的光经衍射而色散成为不同方向的平行光束，经凹面反射镜Ｍ3 反 射并被聚焦在出射平面，即在S2 或S3 位置，形成一幅光栅光谱，此处放置的感光干板或 CCD 等光探测器，将获得光谱谱线图，因而它也叫做多通道光学分析器。如果将光栅固定 底座外接线性扫描转动系统，如图12-3 示，改变入射角因而出射的衍射光方向随之改变， 出射狭缝Ｓ2 只让某一波长的单色光通过，故我们探测到的是单色光，转动光栅G 可获得 不同波长的单色光，它可被光探测器检测，故有叫做单通道分光光度计或光栅单色仪，如 图12-4 示。请注意，凹面反射镜的使用对于减少仪器体积，保证入射狭缝Ｓ1 平面与出射 狭缝Ｓ2 平面共轭是极为重要的，这是调整仪器达到正常工作状态，保证测量结果可信度所 必须明白的。 139 图12-2 光栅光谱仪原理光路 图12-3 正弦转动机构 狭缝S1 M 2 M 1 光栅 M 3 M 4 狭缝S2 图12-4 光栅单色仪内部光路 §2 性能指标 色散型光栅光谱仪有四个基本光学性能指标，它们分别是：色散率，分辨本领,光谱工 作范围和聚光本领。它们与光栅光谱仪使用的光学元器件质量，例如反射镜和光栅的性能 指标，狭缝寛度和外部配套系统等因素密切相关，其中以光栅性能指标和狭缝寛度为最重 要的因素。 1. 光栅光谱 如果从光衍射了解光栅的分光原理，则光栅光谱的形成是明确的。设光波λ以角度i 入射，经光栅常数d 的光栅衍射后有光栅方程式： d(sin θ ±sin i)= kλ （12－1） κ 其中k 是衍射级，可取0，±1，±2，±3， ．．．。 θ是k 级对应的衍射角。公式左边括