光谱仪器原理.docxVIP

PAGE PAGE 10 =F/f =F/f受棱镜的有效面积F=h.a的限 ?首先讨论摄谱仪(spectrographs)和 ?首先讨论摄谱仪(spectrographs)和单色仪(monochromators)的基本性能．虽 然对于激光光谱学的许多实验，这类仪器可由单色的可调谐激光器取代，但是它们对解决光谱学中为数不少的问题仍然是不可缺少的． ?激光光谱学中最重要的仪器是干涉仪,经过各种改装，它能适用于许多问题， 因此我们较详细地讨论这类器件。近年来一些高准确度的测量激光波长的新技术正是在干涉仪的基础上发展起来的. 低级信号探测(low-level signal detection)领域也已取得巨大的进展．这些进展中除了新型的光电倍增管扩展了光谱敏感范围并只有高的量子效率外， 还研制了诸如象亮化器(image intensifiers),红外探测器(infrared detectors)和光学多道分析器(optical multichannel analyzers)之类的新型探测器件，它们对许多光谱学应用极为有用． 作为光谱光源的激光器 Spectral Instruments 光谱仪器 第二章 Spectrographys are optical instruments that form images S2(λ) of the entrance slit S1;the images are laterally separated for different wavelengths λ of the incident radiation. 器． 其横向色散或出棱镜的光谱色散，或由平面或凹面反射光栅上的衍射来实现. S (λ )横向分开的光学仪 2.1 摄谱仪与单色仪 Spectrographs and Monochromators 摄谱仪(Spectrographs) 摄谱仪是最早用于测量波长的仪器， 摄谱仪是把入射狭缝S形成像S(λ)，并按入射辐射的不同波长把这些像 当用反射衍射光栅分离光谱线S 当用反射衍射光栅分离光谱线S(λ )时，通常用二个球面镜M和M取代送镜L和L，并把入射狭缝经成像到观察平面上．上述二种系统用照相记录或光电记录均可．我们按记录方式区分是摄谱仪还是单色仪． 在摄谱仪中，照相底板或照相底片放在L或M的焦平面上，照相底板横向尺寸所及 的整个光谱范围能同时被记录下来．如果底板的曝光量维持在照相黑度范围的线性部分内，则显影后的照相底板在位置处的密度正比于焦平面B上所收到的光谱辐照度对曝 光时间T的积分值，灵敏度因子，还依赖于显影程序和照相底板的经历．照相底板可以 把入射辐射功率长时期累积起来(直到50小时)．例如在天体物理学中。光谱范围受现有照相底板的光谱灵敏度的限制。 单色仪采用光电记录．其出射狭缝经S在焦平面B中选出间隔Δx，只让有限的光谱范围Δλ 通过，且到达光电探测器．不同的光谱范围可由在x方向移动S探测到．更方使的解决方法是用齿轮传动箱转动棱镜或光栅，使不同光谱区域轮流穿过固定的出射狭缝S．与摄谱仪的情形不同，不同的光谱区域不是同时被探测，而是相继地被探测，探测器接收到的信号正比于出射狭缝的面积与光谱强度的乘积，其中积分遍及色散在S的宽度Δx 内的光谱范围． 摄谱仪能以中等的时间分辨同时测量大的光谱范围，而光电探测提供了高的时间分辨， 在光谱学文献，常用“分光计”(spectrometer)这个名字统称上述二种类型的仪器． 2.1.1 基本性能(Basic Properties) speed of a spectrometer，常称为分光计的“速率”的集光本领或汇集量， 它由对于入射辐射的最大接收角确定，并用准直透镜L或淮直镜M曲直径a和焦距f之比a／f来度量 Spectral Transmission， 仪器的光谱透射率T(λ )，它在棱镜分光计中受透镜和棱镜的透明度的限制，或在光栅分光计中受镜和光栅的反射率 R(λ )的限制． Spectral Resolving Power，光谱分辨本领λ /Δλ ,它表明刚可分辨的二条光谱线的最小间距Δλ ． Free Spectral Range, 仪器的自由光谱范围，也就是波长λ可以不含糊地由其位置确定的波长范围． 制，它代表光棱镜分光计的最大接收立体角 制，它代表光 棱镜分光计的最大接收立体角Ω 束的、高度为h和宽度为a的限制孔径． 将光源以充满接收角Ω 的方式成像到入射狭缝上是有利的，虽然会聚透镜 可以缩小光源在入射狭经上所成的像，使更多的来自扩展光源的辐射功率通过入射狭缝： 但是发散度增大了．在接收角外的辐射不能被探测到，反而增大了由透镜支架和分光计 内壁散射造成的背景． 1).分光计的“速率” 当单位球面度的立体角内的光谱辐射