《光谱仪器》PPT课件

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1、第四章光谱仪器自由讨论：1，光的哪些物理量需要测量，分别是什么单位？2，你知道有哪些光的探测工具，简单工作原理是什么？3，有哪些种类干涉仪，简单工作原理是什么？4，你的实验室分别有哪些光探测仪器，分别探测什么物理量？5，简单谈谈误差的分析？摄谱仪与单色仪干涉仪波长计光的灵敏探测讲课内容波长强度（功率）线型光谱仪测量的物理量：灵敏度分辨率（时间，空间）信噪比光谱仪主要指标：光谱仪（Spectrometer）将入射狭缝S1成像为S2()的光学仪器1，摄谱仪(spectrograph):(CCD)成像一次拍摄谱面上的分布S2()x2，单色仪(Monochromato

2、r):(PhD)光电信号谱面上安装出射狭缝S2，获得单色输出第4.1节摄谱仪与单色仪谱色散dn/d：棱镜、光栅线性色散dx/d:取决于dn/d和f2。色散越大、焦距越长、狭缝越小，则分辨率越高CCD:频率分辨，空间辨：(将物上不同部分成像于像平面)，1pixel=1~10um曝光时间：1us瞬时物理过程1h提高信噪比响应波长：200-1000nmCCD:高空间和频率分辨，时间响应慢Photodiode:时间分辨率高，空间和频率分辨率小**CCD对冷原子成像，原子的空间密度分别，分析原子的统计特性（经典量子）Gaussian分别：热原子Thomas-Fer

3、mi分布：量子凝聚体**Photodiode探测光强，原子频率的吸收，研究原子的能级结构87Rb85RbP3/2S1/21216329303626715772683580160D2780nmF’F’FF42012321132311饱和吸收谱实验装置Rb原子结构吸收谱最大立体角匹配（最优化收集光）一，光谱仪的一些注意事项激光束直接照射在狭缝上时，1、光栅/棱镜不能被均匀照射，从而减小分辨率；2、光路对称性不保证，带来波长测量系统误差；3、激光的良好相干性导致附加的衍射峰光源测量波长利用毛玻璃，产生非相关光，再测量直接探测利用毛玻璃光谱透过率棱镜摄谱仪可用范围取决于材料

4、的光谱透过特性（减少吸收）<180nm（棱镜摄谱仪）：真空，LiF/CaF镜面和光栅可以渡高反射模光栅优于棱镜全息生产光栅光栅光谱仪应用于真空紫外到远红外不同材料光谱范围不同材料投射率任何一个色散仪器的光谱分辨本领定义为：其中=1-2是可分辨的最小谱线波长间隔Rayleigh光谱分辨判据：当一个波长的衍射极大与另一波长的衍射极小重合时，刚好分辨；更近则不可分辨光谱分辨率(0.81)谱仪的自由光谱区（FSR）：谱仪的像面上强度分布I()与波长之间存在单值关系的波长间隔。自由光谱区（范围）棱镜谱仪：覆盖棱镜材料正常色散的整个波长范围光栅谱仪：依

5、赖于衍射级m,且随m增大而减小干涉仪：m很大(104108),因而很小二，棱镜摄谱仪分辨率Cauchy’sFormula萤石冕玻璃重火石玻璃介质折射率与色散优点：自由光谱程大缺点：分辨率小超重火石玻璃石英玻璃几种材料的光谱性质光栅谱仪：自由光谱程为的（m+1）极大和+的m极大重合光栅谱仪：依赖于衍射级m,且随m增大而减小干涉仪：自由光谱程为相邻干涉极大自由光谱程（波长/频率表示）精细度（自由光谱程中能测量的谱线数量）精细度系数线宽/分辨率三，光栅摄谱仪入射角折射率腔长光栅方程闪耀角：光栅法线与刻槽法线的夹角。闪耀角：Littrow结构：==

6、-（光线原路反射）光栅摄谱仪光程差狭缝间距半导体激光器Littrow光路图调节入射角调节波长http://www.toptica.com/products/diode_lasers/Voltage/currentcontrol1,Current/temperaturecontrol2,SmallsizeDiodelaserinTopticaTemperaturefastlinearresponsevsfeasytocontrolInternalmodes:diode+diodefacetExternalmodes:diode+gratingOverallmodes

7、election:tuningrangefordiodelaser(~20GHz)Littrow与Littman结构Sacher-laserLittrow结构示意图光谱分辨率：R(,)反射率干涉极大：=2m光栅狭缝数基本原理:多光束干涉（相干长度内）第4.2节干涉仪自由光谱程一、Michelson干涉仪（2束）SM2SBSM2SBInterference平行光1，不同角度光程差不同点光源经过Michelson干涉仪形成环形干涉条纹2，移动M1或者M1，干涉条纹直径变化点光源M3和M4形成的腔体经过多次反射增加光程差，提高衍射量级从而提高谱分