光栅的色散作用

《光栅的色散作用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、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.反射光栅乂可分为平面反射光栅(或称闪耀光栅)及I叫面反射光栅。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:d(sina+sinQ)=nX式中a、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,…。a角规定为正值，如果Q角与a角在光栅法线同侧，a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

2、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dQ当入射角a不变时，光栅的角色散率狈可用光栅公式微分求得:dQ二nd九dcosQdQ=n当Q很小且变化不大时，可以认为cosQ=k则d入：，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d入表示，对于平面光栅來说，线色散率为:dl二dQ二nfdXdXdcosQdlnr

3、(凹面光栅的线色散率为从dcosQ,I•为曲率半径)dl_nf式中f为会聚透镜的焦距。Ftl于则cosQ=l(Q"6°)则d入d。•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)，GP2R=一=nN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=IX50X1200=6X10"图10.15平面闪耀光栅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屮，不同级次光谱的能量分布是不均匀的。未经色散的零级

4、(n=0)光谱的能量最大,按止负一级、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継角。如图10-15所示。当入射角a、衍射角Q和闪輝角B相等时，即a=Q=0O,在衍射角Q的方向上可得到最大的相对强度。光栅方程式也适用丁•闪耀光栅，即:d(sina+sinQ)=n入当a=Q=f3时，2dsin(3=n入0入b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，

5、即每块光栅都具有口己的闪耀特性-―闪耀角，闪耀波长。在闪耀波长处，光的强度最人，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Xn5级光谱，入.也称闪輝范围)S(1)n±0.5式中XB⑴是光栅的一级闪耀波长。例如,X⑴为3000.Onm,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。目前屮阶梯光栅（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。★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

6、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P】上，经反应后投射至凹面反射镜M下方的准光镜01上，经0

7、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02,平行光被聚焦到感光板的乳剂

8、何上，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囤和改变光谱的级次。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。